Структура та властивості композитів на основі гексабориду лантану, отриманих спрямованою кристалізацією - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукНаціональна академія наук України, Захист відбудеться “20 “червня 2007 р. о 1400 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26.207.01 Інституту проблем матеріалознавства ім. Окрім суто практичного використання, спрямовано закристалізовані сплави MEIB6 - MEIIB2 (де МЕІ - Ca, La, Sm, Eu, Gd, a MEII - Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr або їх тверді розчини) можуть розглядатися як модельні обєкти для вивчення фундаментальних закономірностей формування структури та властивостей керамічних композиційних матеріалів за рахунок можливостей зміни як величин термічного коефіцієнта розширення та міжплощинних відстаней складових компонентів, так і характеру взаємодії на міжфазній поверхні. При виконанні цих тем безпосередньо автором було досліджено процес отримання спрямованою кристалізацією сплавів систем МЕІВ6 - МЕІІВ2 та визначено оптимальні параметри його перебігу, уточнено евтектичне співвідношення складових для кожної з систем, визначені закономірності зародження та формування структури композиту, вплив структури композиту та стану міжфазної поверхні на механізм руйнування та механічні властивості матеріалу. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі: уточнити евтектичні співвідношення у сплавах МЕІВ6 - МЕІІВ2 та вплив відхилення від них на морфологію, досконалість структури та механічні властивості композиційних матеріалів; Наукова новизна одержаних результатів: - вперше встановлені структурні особливості формування спрямованою кристалізацією композиційних матеріалів на основі квазібінарних евтектичних систем LAB6 - MEIIB2, в яких монокристалічна матриця гексаборидної фази армована монокристалічними волокнами (віскерами) диборидної фази, показано, що така структура забезпечує суттєве поліпшення механічних властивостей композиту у порівнянні з індивідуальними фазами;Проаналізовано літературні дані відносно властивостей тугоплавких сполук, зазначено, що їх основну ваду - значну крихкість - можна подолати саме за рахунок створення композиційних матеріалів на їх основі, розглянуто вплив структури композиту на його механічні властивості, оцінено можливості та особливості використання спрямованої кристалізації для отримання in-situ композитів. Окремо проаналізовано роботи щодо законів, які визначають формування типу евтектичної структури (волокнистої або пластинчастої) таких композитів, розглянуто особливості зміни властивостей та параметрів структури у твердих розчинах диборидів Ti та Zr та показано можливість моделювання та розрахунку поверхні ліквідусу діаграми стану потрійної системи La-B-Zr. Зроблено загальний висновок про необхідність дослідження процесів отримання методом спрямованої кристалізації евтектичних сплавів квазібінарних перерізів MEIB6 - MEIIB2 потрійних систем МЕІ - МЕІІ - В, визначення взаємозвязку між структурою таких композитів та їх фізико-механічними властивостями. При виконанні роботи для виготовлення зразків композитів було використано розроблену за участю співробітників ІПМ НАН України високочастотну установку “Кристалл-111” для вирощування монокристалів LAB6, яка дозволяє здійснювати процес безтигельного зонного плавлення зі швидкостями 0,1...18,0 мм/хв та забезпечує незалежне обертання затравки та заготовки зі швидкістю до 30 об/хв. Обґрунтовано, що дослідження особливостей формування структури евтектичних спрямовано закристалізованих сплавів можливе лише на матеріалах, склад яких виключає кристалізацію надлишкової фази, і встановлено, що в іншому випадку саме процеси кристалізації надлишкової фази та відновлення кристалізації евтектичної структури будуть вносити переважний внесок як у формування структури, так і в механічні властивості композитів.Вперше спрямованою кристалізацією отримані композиційні матеріали у квазібінарних системах МЕІВ6 - МЕІІВ2 (де МЕІ - Ca, La, Sm, Eu; MEII - Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) з поліпшеними механічними характеристиками, що мають монокристалічну гексаборидну матрицю, яка армована монокристалічними волокнами диборида. У сплавах зі значними відхиленнями від евтектичного співвідношення саме утворення прошарків надлишкової фази відповідає за зміну механізму руйнування та зменшення міцності. Визначені оптимальні швидкості спрямованої кристалізації евтектичних сплавів на основі LAB6 (2,5...8 мм/хв), які забезпечують стале відведення тепла при наявності інтенсивного перемішування розплаву та стабілізацію фронту кристалізації, що приводить до формування матеріалу з однорідною дрібнокристалічною структурою. За допомогою електронної мікроскопії високої роздільної здатності (HRTEM) встановлено, що у сплаві LAB6 - ZRB2 між фазами формується досконала атомна структура, а при наявності незначної кількості елементу(наприклад, Y), для якого існують тверді розчини з обома фазами, на границі між фазами утворюється перехідний прошарок.

Основний зміст роботи