Змочування та контактна взаємодія матеріалів на основі діоксиду цирконію з металевими розплавами - Автореферат

Францевича НАН України протягом 1997-2004 рр. в рамках основних завдань фундаментальних і прикладних досліджень у галузі поверхневих властивостей високотемпературних розплавів та паяння неметалевих матеріалів по темах: "Термодинаміка, кінетика та гідродинаміка процесів високотемпературного змочування, капілярного транспорту, контактної взаємодії та адгезії в процесах створення та нерозємного зєднання нових матеріалів" (№ держреєстрації 0195U024290), "Фізико-хімічні процеси і технологія пайки та зварювання під тиском керамічних матеріалів" (№ держреєстрації 0199U003770), "Фізико-технологічні основи створення наноструктурних матеріалів для компонентів нового покоління твердо окисних перетворювачів енергії, оптимізації їхньої будови, способів виготовлення та зєднання" (№ держреєстрації 0102U001259), "Фізико-хімічні та конструкторсько-технологічні основи нових процесів нерозємного зєднання - паяння та зварювання під тиском - багатокомпонентних керамічних матеріалів, що забезпечують високу міцність та термостійкість шва" (№ держреєстрації 0102U001247), "Вивчення процесів формування (та розриву) адгезійних хімічних звязків між металами та неметалевими тілами, структури проміжних фаз, механізму контактних явищ та розвиток теорії високотемпературної капілярності з застосуванням у матеріалознавстві" (№ держреєстрації 0101U002981), "Вивчення явища локальної дестехіометризації оксидноцирконієвих матеріалів при контактній взаємодії з металевими розплавами" (№ держреєстрації 0101U02925), "Дослідження особливостей взаємодії діоксиду цирконію з розплавами тугоплавких благородних металів" (№ держреєстрації 0103U005202). Мета і задачі досліджень: вивчити змочування різних типів матеріалів з діоксиду цирконію металевими розплавами та процеси що при цьому відбуваються, зокрема роль стехіометрії діоксиду цирконію при взаємодії його з металами, розробити методи паяння ZRO2-кераміки. дослідження змочування діоксиду цирконію бінарними та потрійними сплавами на основі міді з додаванням активних металів: титану, цирконію, ванадію різної концентрації, вивчення залежності змочування від концентрації активного металу; дослідження структури перехідної області ZRO2 - активний сплав, описання процесів, що відбуваються на міжфазній межі, термодинамічні розрахунки можливості протікання таких процесів; розробка складів припоїв та методів паяння ZRO2-кераміки на основі даних, отриманих у експериментах по змочуванню, виготовлення виробів, що містять паяні зєднання ZRO2-кераміки з металом. Змочування та контактна взаємодія ZRO2 з металами вивчені відносно мало, особливо у порівнянні з іншими видами матеріалів (Al2O3, Si3N4), відомі дані несистематичні, іноді викликають сумнів, наприклад у роботі Перевертайло та ін. отримані дуже низькі крайові кути змочування ZRO2 алюмінієм та сплавами Cu-Ga-Ti; дані різних авторів іноді суперечать одне одному, наприклад крайовий кут змочування ZRO2 міддю складає 116° у роботі Ueki та 140° у роботі Костюка, також відрізняються крайові кути змочування ZRO2 алюмінієм у роботах Перевертайло (40°) та Ueki (59°).Для системи мідь-галій-титан найменший досягнутий крайовий кут змочування на ZRO2 складає біля 60°, цього недостатньо для ефективного заповнення паяльного проміжку. Однак ця система все ж була використана для паяння ZRO2-кераміки до ковкого чавуну за допомогою методу капілярного просочення, коли у паяльному зазорі розташовували металічний порошок (у даному випадку - порошок титану або ТІН), припійний сплав (Cu-17,5Ga) розташовувався поряд, при плавленні розплав Cu-Ga просочується через титановий порошок і заповнює паяльний проміжок. Були випробувані три способи паяння ZRO2-кераміки до ковкого чавуну сплавами Cu-Ga-Zr: з використанням суміші порошків міді, галію та цирконію, з використанням пластинки мідно-галієвого сплаву та цирконієвого порошку, а також капілярне просочення розплаву Cu-Ga через цирконієвий порошок. Метод капілярного просочення був також використаний для системи Cu-Ge-Ti (міцність на зсув вклала від 145 до 270 МПА, середня - 185 МПА), Al-Ti (міцних спаїв отримати не вдалося), Pb-Ti та In-Ti (міцність склала 18 МПА та 25 МПА відповідно, руйнування мало пластичний характер). Припій у вигляді суміші порошків наносили між ZRO2-керамікою та ковким чавуном і проводили паяння у вакуумі, міцність зєднань на зсув склала від 99 до 218 МПА, середня - біля 150 МПА, m = 4.Зроблено висновок, що в процесах контактної взаємодії діоксиду цирконію з металевими розплавами важливу роль відіграє явище нестехіометрії ZRO2: якщо розплав містіть активний метал головну роль відіграє взаємодія активних компонентів розплаву з киснем у ZRO2, наслідком такої взаємодії є утворення нестехіометричних фаз ZRO2-х, а для благородних металів суттєвою є взаємодія металу розплаву з цирконієм підкладки, перехід цирконію з підкладки у благородний метал запобігає дестехіометризації ZRO2. Здобувачем проведені досліди по змочуванню, розроблений метод паяння капіля