Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

лобач

47 views

Published on

18.10.2017

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

лобач

  1. 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АКТИВАТОРОВ НА ПРОЦЕСС СПЕКАНИЯ И СВОЙСТВА КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ 1 Национальный научный центр Харьковский физико-технический институт 2 Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт Харьков 2017 Лобач К.В.1 , Саенко С.Ю.1 , Светличный Е.А.1 , Зыкова А.В.1 , Чуняев О.Н.2 , Быков А.А.2 , Асирян А.А.2
  2. 2. 2 Керамика на основе карбида кремния обладает значительной механической прочностью при высоких температурах и износостойкостью, низким коэффициентом термического расширения, сопротивлением окислению при температурах до 1600 °С, химической инертностью, биосовместимостью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к радиационным воздействиям, хорошими показателями твердости и теплопроводности. В качестве активаторов спекания карбидокремниевой керамики применяются добавки на основе: Si, В, а также переходных металлов IV- VI подгрупп, вводимые совместно с углеродом. Использование добавок позволяет повысить механические характеристики получаемой керамики, такие как трещиностойкость и предел прочности на изгиб. АКТИВАТОРЫ СПЕКАНИЯ SiC КЕРАМИКИ
  3. 3. 3 Высокоплотная керамика и композиты на основе карбида кремния (SiC) широко применяется в условиях повышенных термомеханических нагрузок. Благодаря чрезвычайно высокой энергии Si-C-связи (5 эВ) такая керамика обладает высокой инертностью к химическому и радиационному воздействию, что делает ее перспективной для использования в ядерной энергетике. В данной работе проведен поиск и исследовано влияние активаторов на процесс спекания и повышение свойств керамики (трещиностойкости, предела прочности при изгибе) на основе SiC. Существуют разные новые методы консолидации порошковых материалов: активированное спекание под воздействием внешнего поля высокоскоростное горячее прессование, высокоскоростное горячее изостатическое прессование, электроимпульсное спекание под давлением и т. д. Оборудование для реализации высокоскоростного горячего прессования было разработано и введено в эксплуатацию в ННЦ ХФТИ. Цель работы
  4. 4. Короткий процесс спекания Более низкие температуры(?) Высокая скорость нагрева Уникальные свойства ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ГОРЯЧЕЕ ПРЕССОВАНИЕ 3 Схема метода высокоскоростного горячего прессования Внешний вид установки высокоскоростное горячее прессование
  5. 5. • В условиях повышенных термомеханических нагрузок (нагреватели); • Компоненты для двигателей, элементов печи, огнеупорные тигли, сопла; • Бронекерамика; • Биоматериалы. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КЕРАМИКАВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КЕРАМИКА (UHTCs)(UHTCs) Это керамические материалы на основе боридов, карбидов и нитридов, таких как: ZrB2, HfB2, ZrC, HfC, SiC, HfN, которые характеризуются высокими температурами плавления (таблица 1), высокой твердостью, химической инертностью и относительно хорошей устойчивостью к окислению. ПрименениеПрименение 13
  6. 6. (UHTCs)(UHTCs) Material Crystal structure Density (g/cm3 ) Melting temperature (°C) HfB2 Hexagonal 11.2 3380 HfC Face-centered cubic 12.76 3900 HfN Face-centered cubic 13.9 3385 ZrB2 Hexagonal 6.1 3245 ZrC Face-centered cubic 6.56 3400 ZrN Face-centered cubic 7.29 2950 TiB2 Hexagonal 4.52 3225 TiC Cubic 4.94 3100 TiN Face-centered cubic 5.39 2950 TaB2 Hexagonal 12.54 3040 TaC Cubic 14.50 3800 TaN Cubic 14.30 2700 SiC Polymorph 3.21 2730 14 Свойства высокотемпературной керамики (UHTCs)
  7. 7. 5 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА КРЕМНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ГОРЯЧИМ ПРЕССОВАНИЕМ SiC sintering at 1950 ºC SiC sintering at 2050 ºC
  8. 8. 8 Material Relative density (theoretical value), ρ, % HV, GPa (average mean) Crack resistance K1C, MPa 1 / 2 flexural strength σ, MPa SiC – a 98 22.9 3.8 380 SiC – b 98.4 23.8 3.8 382 SiC – c 98.8 25.9 3.9 390 SiC – d 99.0 26.5 3.95 393 SiC – e 99.5 28.5 4.0 400 ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА SiC КЕРАМИКИ
  9. 9. 9 ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ SiC (440 NDP Superior Graphite Co) B (аморфный) Si (марки Кр00) Cr (марки ПХМ) В качестве активаторов были выбраны высокодисперсные порошки: В (аморфный), Si (марки Кр00), и Cr (марки ПХМ), с преобладающим размером частиц < 3 мкм. 1 мкм 2 мкм 2 мкм1 мкм
  10. 10. 4 СБОРКА ГРАФИТОВОЙ ПРЕСС-ФОРМЫ Сборка пресс-формы (a-е) a б в г д е Графитовая фольга Графитовая фольга Нижний пуансон Верхний пуансон Графитовая пресс-форма Загрузка порошка
  11. 11. 11 Смешивание исходных материалов (SiC, B, Si, C) ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ SiC Сушка при Т = 90ºC, t = 24 ч Высокоскоростное горячее прессование Т = 2050 ºC, Р = 40 МПа, t = 30 минут Планетарная мельница «Pulverisette 6» Внешний вид полученных образцов Процесс высокоскоростного горячего прессования Технологическая схема Сушильный шкаф Snol Указанные активаторы вводили в шихту с добавлением углерода, в количестве, соответствующему образованию соединений B4C, SiC, и Cr3C2. Количество вводимых активаторов составляло от 0,5 до 3 % масс SiC + 1,5%B (аморфн) + 0,75%C SiC + 0,5%Cr + 0,15%C SiC + 1,0%Si + 0,3%C
  12. 12. 1212 РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ SiC + 1,5%B (аморфн) + 0,75%C SiC + 0,5%Cr + 0,15%C SiC + 1,0%Si + 0,3%C SiC
  13. 13. 13 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ Образцы Открытая пористость, % Относительная плотность от теоретической, ρ, % Микротвердост ь, GPa Предел прочности при изгибе σ, MPa SiC 0 99,5 28,5 380 - 400 SiC + 1,5%B (аморфн) + 0,75%C 0 - 5 95 - 96 22 330 - 350 SiC + 0,5%Cr + 0,15%C 0 - 1 98 – 98,5 28 370 - 390 SiC + 1,0%Si + 0,3%C 0 - 1 98 – 98,5 30 390 - 400 SiC SiC + 0,5%Cr + 0,15%CSiC + 1,0%Si + 0,3%C
  14. 14. 14 ВЫВОДЫ На основание проведенных исследований показано, что образцы SiC с добавкой (0,5%Cr + 0,15%C) характеризуются наибольшими показателями свойств: плотность ≥ 98,5%, микротвердость – 28 – 30 ГПа, предел прочности при изгибе 390 – 400 МПа. Установлено, что бор в аморфной форме не является активатором в данных условиях, о чем свидетельствует недостаточно высокая плотность образца керамики на основе SiC. На основании результатов по микрорастрескиванию при индентировании получены данные об увеличение трещиностойкости SiC с добавкой (0,5%Cr + 0,15%C).
  15. 15. 15 Спасибо заСпасибо за внимание !!!внимание !!!

×