Search academic texts

Information × Registration Number 0821U103032, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 22-12-2021 popup.evolution o Title Creation of the reinforced ceramic materials based on B4C for work in extreme operating conditions Author Vterkovskyi Mykhailo Yaroslavovych, popup.head Loboda Petro Ivanovych popup.opponent Bagliuk Gennadii Anatoliiovych popup.opponent Sanin Anatoliy Fedorovych popup.review Stepanchyk Anatoliy Mykolaiovych popup.review Yurkova Olexandra Ivanivna Description Вироби з карбіду бору мають унікальне поєднання властивостей: високу твердість, високий модуль пружності, високу теплопровідність, стійкість до агресивних середовищ. Ковалентна природа хімічного зв’язку робить карбід бору важкоущільнюваним матеріалом і потребує застосування температур спікання, які складаються 0.9-0.95 Т плавлення. Використовують такі методи спікання як гаряче пресування, ІПС, які передбачають одночасне прикладення тиску з високою температурою. Дані методи значно обмежують розміри та форми отриманих виробів, мають не високу продуктивність і є дуже енергоємними. Як результат - висока вартість виробів з карбіду бору значно лімітує його використання. Актуальним є пошук методів отримання армованих керамічних матеріалів на основі карбіду бору з порівняно низькими температурами консолідації, ніж в методах гарячого пресування та ІПС. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі – створення армованих керамічних матеріалів на основі B4C для роботи в екстремальних умовах експлуатації з високими фізико-механічними властивостями. З метою створення армованої кераміки на основі B4C в роботі розглядається можливість отримання керамічних композитів системи B4C- Si- Св (вуглецеві волокна) з використанням методу інфільтрації пористих зразків з B4C розплавом кремнію. Метод інфільтрації дозволяє зменшити температури отримання високощільної кераміки B4C з високими механічними властивостями. Вплив технологічних параметрів на мікроструктуру, фазовий склад та механічні властивості кераміки B4C досліджувався на інфільтрованих зразках з різною вихідною пористістю та вуглецевмісною зв’язкою. Дослідження мікроструктури показали, що зменшення вихідної пористості призводить до зменшення розміру вторинних зерен B4С за рахунок розчинення та взаємодії вихідних частинок з розплавом кремнію. Вдбувається зміна морфології частинок SiС з продовгуватої до багатогранної, неправильної форми. Зменшення вихідної пористості впливає на фазовий склад кераміки: кількість фаз B4C та SiС зменшується, а залишкового кремнію збільшується. Додавання епоксидної смоли в якості вуглецевмісної зв’язки призводить до утворення фази α-SiС. З метою встановлення впливу армування вуглецевими волокнами на структуру, фазовий склад та фізико-механічні характеристики кераміки на основі B4C досліджувалися інфільтровані зразки з додаванням різного вмісту (0, 5, 10, 15 та 20 %) вуглецевих волокон (ВВ) до вихідного порошку B4C. Встановлено, що збільшення вмісту вуглецевих волокон сприяє збільшенню утвореної фази SiС з одночасним зменшенням кількості залишкового кремнію. Металографічними дослідженнями встановлено, що в процесі взаємодії розплаву кремнію з вуглецевими волокнами утворюються композиційні волокна з структурою «ядро (С) -оболонка (SiC)». Максимальне значення міцності на згин (510 ± 27 МПа) отриманої кераміки B4C досягається при додаванні до вихідних порошків B4C 10 % вуглецевих волокон. Найбільше значення модуля Юнга (380 ГПа) досягається при вмісті 20 % ВВ . Дослідженням фізичних властивостей (електропровідності та КТР) кераміки B4C встановлено, що зі збільшенням концентрації вуглецевих волокон електропровідність збільшується, а КТР зменшується. З метою встановлення впливу обробки в полі контрольованого температурного градієнту (КТГ) на структуру, фазовий склад та механічні властивості кераміки на основі B4C досліджувалися попередньо інфільтровані зразки B4C з різним гранулометричним складом, отримані в результаті зонної плавки. Металографічними дослідженнями було встановлено, що застосування обробки в КТГ інфільтрованої кераміки B4C призводить до перекристалізації B4C через розплав кремнію, з подальшим утворенням композитів із міцним каркасом з дрібних зерен B4C. В той же час виявлено можливе контролювання вмісту карбіду кремнію в інфільтрованому композиті за рахунок зміни гранулометричного складу вихідного порошку B4C. Встановлено, що застосування обробки в КТГ призводить до зменшення кількості залишкового кремнію в кераміці на основі B4C за рахунок росту зерен SiС, які знаходяться в кераміці B4C після інфільтрації. Застосування обробки в КТГ призводить до збільшення твердості кераміки B4C за рахунок значного вмісту фаз (B4C, α-SiC та β-SiC) з високою твердістю. Збільшення швидкості обробки в КТГ з 5 до 10 мм/с призводить до збільшення значення міцності на розрив композитів з 138±8 МПа до 169±10 МПа за рахунок подрібнення структури кераміки і формування пластинчастих часток β-SiC. Згідно до отриманих науково-експериментальних результатів одержані армовані композиційні матеріалів на основі В4С методом інфільтрації розплаву кремнію. Застосування армування вуглецевими волокнами дозволяє збільшити механічні властивості інфільтрованої кераміки. З інфільтрованих армованих зразків отримано керамічні пластини, для використання в якості складових елементів кромок планера безпілотних літальних апаратів Registration Date 2021-12-29 popup.nrat_date 2022-03-09 Close