Синтез та структурна чутливість механічних характеристик композиційної кераміки на основі диборидів перехідних металів - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукРобота виконана на кафедрі фізики металів фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка та в Навчально-науковому центрі «Фізико-хімічне матеріалознавство» Київського національного університету імені Тараса Шевченка та НАН України Науковий керівник доктор фізико-математичних наук, член-кореспондент НАН України, професор Макара Володимир Арсенійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка завідувач кафедри фізики металів фізичного факультету Проведено комплексний експериментальний аналіз закономірностей фазо-та структуроутворення композиційних керамічних матеріалів на основі диборидів перехідних металів, отриманих методом реакційного гарячого пресування. Вперше одержано і досліджено новий композиційний матеріал складу Hf - HFB, який характеризується значно вищими значеннями мікротвердості у порівнянні з чистим гафнієм. Розроблено теоретичну модель для розрахунку тріщиностійкості двофазного композиційного матеріалу матричного типу, що враховує фізико-механічниі характеристики фаз композиту, концентрацію дефектів в зернах і на їх границях, співвідношення між розмірами зерен матриці та включень та різницю їх коефіцієнтів термічного розширення.Одним із джерел отримання таких матеріалів, здатних працювати в жорстких умовах експлуатації, є тугоплавкі речовини - метали і тугоплавкі зєднання, а також різні їх сполуки і композиції. Слід відзначити, що в сучасних керамічних матеріалах, як правило, використовуються декілька механізмів для підвищення тріщиностійкості одночасно. Ефективними технологічними прийомами впливу на структуру і властивості керамічних композиційних матеріалів є застосування реакційного спікання, ізостатичного пресування та інших методів компактування, які дозволяють отримувати матеріали з практично нульовою поруватістю. Також дисертація є складовою частиною наукових досліджень, що проводяться у Навчально-науковому центрі «Фізико-хімічне матеріалознавство» Київського університету імені Тараса Шевченка та Національної академії наук України і виконана у відповідності з темами: «Розроблення матеріалів для захоронення відпрацьованого ядерного палива та радіоактивних відходів на основі диборидів тугоплавких металів» (№ держ. реєстрації 0104U007647), «Створення наноструктурних керамічних матеріалів на основі карбідів і боридів гафнію та титану для потреб ядерної енергетики та дослідження їх властивостей» (№ держ. реєстрації 0107U005685), «Розробка технології виготовлення на основі карбідів та боридів цирконію, гафнію та титану елементів контейнера для зберігання джерел радіоактивного випромінювання» (№ держ. реєстрації 0107U004914), «Розробка технології виготовлення металокерамічних матеріалів на основі сполук гафнію і бору» (№ держ. реєстрації 0108U004269), «Розробка методів формування мікро-та нанокомпозиційних матеріалів і структур, що є перспективними для використання в ядерній техніці та технологіях, та модифікація їх властивостей» (№ держ. реєстрації 0107U000983). Відповідно до мети основними задачами було: дослідження процесів фізико-хімічної взаємодії в системах карбід бору - карбід металу при різних температурах, розробка методів виготовлення композиційних керамічних матеріалів на основі диборидів перехідних металів шляхом реакційного спікання під тиском та вивчення механічних властивостей отриманих композитів.У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі дослідження, обєкт, предмет і методи дослідження, визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, відображено особистий внесок автора, наведено відомості про апробацію результатів роботи та публікацій, у яких висвітлено основні результати роботи. Зазначено, що перспективними конструкційними керамічними матеріалами є матеріали на основі карбіду бору, карбіду кремнію та карбідів і боридів перехідних металів завдяки їх високим експлуатаційним характеристикам. У літературному огляді проаналізовано способи виготовлення сучасних керамічних композиційних матеріалів і зроблено висновок, що найбільш ефективним методом отримання ККМ є реакційне спікання чи гаряче пресування, оскільки при використанні цих способів вдається зменшити температуру та тривалість процесу, що призводить до подрібнення структури, яка визначає комплекс фізико-механічних характеристик композитів. Для вивчення механізмів та кінетики твердофазних реакцій в сумішах ТІС - В4С та HFC - В4С використовувались порошкові реактиви: карбід титану з розміром частинок 10-15 мкм і 2-5 мкм, карбід гафнію з розміром частинок 2-5 мкм та карбід бору, розмір частинок якого 2-3 мкм. Вибір такого співвідношення між розмірами частинок зумовлений вимогами до методики вивчення кінетики хімічних реакцій у порошкових сумішах, а саме: один із реагентів повинен повністю покривати поверхню іншого.

2. Основний зміст роботи