Одержання, структура та властивості спрямовано закристалізованих сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4C-TaB2-SiC

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorБогомол, Юрій Іванович
dc.contributor.authorУпатов, Микита Ігорович
dc.date.accessioned2021-10-21T13:47:41Z
dc.date.available2021-10-21T13:47:41Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractukДисертаційна робота присвячена вивченню спрямовано закристалізованих сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4C-TaB2-SiC, зокрема дослідженню їх структури, фазового складу, фізико-механічних і високотемпературних властивостей, а також закономірностей структуроутворення квазіпотрійних евтектичних сплавів. Автором проаналізовано властивості компонентів досліджуваних систем, розглянуто методи отримання спрямовано закристалізованих евтектичних сплавів, проведено огляд подвійних евтектичних систем типу B4C-MeB2, SiC-B4C і SiCMeB2 та потрійних евтектичних систем B4C-MedB2-SiC. Розглянуто особливості структуроутворення в евтектичних системах і проаналізовано механічні властивості спрямовано закристалізованих сплавів. За допомогою металографічного аналізу визначено евтектичний склад сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4C-TaB2-SiC: B4C-(15-20)NbB2-(33-40)SiC та B4C- (8-12)TaB2-(38-42)SiC (мол. %) відповідно. Уперше експериментально отримано трифазові евтектичні композити B4CNbB2-SiC і B4C-TaB2-SiC із рівномірною структурою вздовж усього зразка. Установлено, що евтектична структура сплавів системи B4C-NbB2-SiC містить три фази: B4C, NbB2, SiC. Трифазова евтектика (B4C-15NbB2-35SiC мол. %) має ламелярну структуру, в якій карбід бору виступає як матриця з рівномірно розподіленими по всьому об’єму включеннями карбіду кремнію та дибориду ніобію. Причому включення дибориду ніобію утворюються, як правило, на фазах карбіду кремнію. Рентгенофазовий аналіз показав наявність текстурованості. Для композитів у поперечному до вирощування напрямку спрямованою є текстура фаз NbB2 у напрямку (100), SiC – у напрямку (111) та B4C – у напрямку (104). Найбільш направленою є фаза SiC у напрямку (111), як у поздовжньому, так і в поперечному до вирощування напрямках, для якої розрахований фактор Лотгеринга лежить у межах 0,8–0,9. Структурні складові у трифазовій евтектиці мають такий розмір: B4C – 4–6 мкм, NbB2 – 1–3 мкм, SiC – 2–3 мкм. Визначені такі механічні властивості евтектичного композиту B4C-15NbB2- 35SiC: твердість за Віккерсом (35,8 ГПа), тріщиностійкість за навантаження 9,8 Н (6,4 МПа∙м1/2), модуль Юнга за імпульсним методом (462 ГПа), питома електропровідність (2,85–5,36×104 См/м); досліджено коефіцієнт термічного розширення у проміжку температур 22–1600 °С, міцність на згин за кімнатної температури (220 МПа) та за 1600 °С (395 МПа). Структура трифазового евтектичного композита B4C-8TaB2-40SiC (мол. %) являє собою рівномірну трифазову евтектику системи B4C-TaB2-SiC ламелярного типу по всьому об’єму зразка, в якій матрицею виступає карбід бору, а SiС та TaB2 є армуючими фазами. Загалом сплави систем B4C-TaB2-SiC та B4C-NbB2-SiC мають подібну евтектичну структуру. Рентгенофазовий аналіз показав наявність лише таких фаз: карбіду кремнію (SiC), карбіду бору та дибориду танталу; жодних інших фаз не виявлено, а наявність великих піків TaB2 на рентгенограмі, свідчить про наявність текстурованості. Для поздовжнього напрямку спостерігається текстурування TaB2 у напрямку (001) та (101), тоді як для поперечного – у напрямку площини (100), що характерно для евтектичних композитів системи B4C-MeB2-SiC загалом. Встановлено взаємозв’язок між швидкістю кристалізації та лінійним параметром евтектичної структури відповідно до рівняння Джексона – Ханта. Визначено такі механічні властивості евтектичного композита B4C-8TaB2- 40SiC: твердість за Віккерсом (33–34 ГПа), тріщиностійкість за навантаження 9,8 Н (3,9 МПа∙м1/2), досліджено коефіцієнт термічного розширення у проміжку 22– 1600 °С. Досліджено вплив швидкості кристалізації на структуру і властивості отриманих композитів. Показано, що зі збільшенням швидкості кристалізації від 1 до 10 мм/хв. відбувається зменшення розмірів структурних складових від 5,2 - 9,5 мкм до 1 - 3 мкм. Експериментальні дослідження мікромеханічних властивостей показали, що твердість за Віккерсом і тріщиностійкість зростають зі збільшенням швидкості кристалізації як у поздовжньому, так і в поперечному до вирощування напрямках. Зменшення розмірів включень диборидів і карбіду кремнію, а також відстані між ними за однакової об’ємної частки є наслідком збільшення їх кількості в матричній фазі карбіду бору, а отже, і кількості міжфазових поверхонь границь розділу в композиті. Таким чином, збільшення твердості з підвищенням швидкості кристалізації спрямовано закристалізованих сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4CTaB2-SiC відбувається подібно до правила Холла–Петча. Що стосується тріщиностійкості, то зменшення розмірів структурних складових сприяє зменшенню критичного розміру зародкової тріщини, яка може утворитися при навантаженні. Це такоєж є характерним для спрямовано закристалізованих керамічних евтектик і сприяє підвищенню їх механічних властивостей. Результати аналізу поширення тріщини після індентування свідчать, що найбільш легко тріщина проходить по ділянках матричної фази карбіду бору або включень карбіду кремнію. Водночас наявність у структурі включень карбіду кремнію і диборидів приводить, як правило, або до зміни напрямку поширення тріщини, тобто до її відхилення, або взагалі до її зупинки, що своєю чергою сприяє підвищенню енергії руйнування і, отже, тріщиностійкості композита. Проаналізовано особливості структуроутворення та встановлено механізм росту трифазової чотирикомпонентної евтектики в системі B4C-NbB2-SiC, відповідно до якого кристалізація трифазової евтектики (В4С+NbB2+SiC) відбувається як безперервний сумісний ріст дендритних фаз, коли двофазова структурна складова (SiC+NbB2) росте в кооперативному режимі, а третя фаза В4С синхронно росте в автономному. Побудовано просторову модель евтектичної комірки для системи В4С-NbB2-5uk
dc.format.page184 с.uk
dc.identifier.citationУпатов, М. І. Одержання, структура та властивості спрямовано закристалізованих сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4C-TaB2-SiC : дис. … д-ра філософії : 132 Матеріалознавство / Упатов Микита Ігорович. – Київ, 2021. – 184 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/44697
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectтрифазова евтектикаuk
dc.subjectкарбід боруuk
dc.subjectкарбід кремніюuk
dc.subjectдиборид танталуuk
dc.subjectдиборид ніобіюuk
dc.subjectтвердістьuk
dc.subjectтріщиностійкістьuk
dc.subjectспрямована кристалізаціяuk
dc.subjectспрямовано закристалізовані евтектичні сплавиuk
dc.subjectкоефіцієнт термічного розширенняuk
dc.subjectміцність на згинuk
dc.subjectternary eutecticuk
dc.subjectboron carbideuk
dc.subjectsilicon carbideuk
dc.subjecttantalum diborideuk
dc.subjectniobium diborideuk
dc.subjecthardnessuk
dc.subjectfracture toughnessuk
dc.subjectdirectional crystallizationuk
dc.subjectdirected crystallized eutectic alloysuk
dc.subjectcoefficient of thermal expansionuk
dc.subjectflexural strengthuk
dc.subject.udc621.762:669.018.45uk
dc.titleОдержання, структура та властивості спрямовано закристалізованих сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4C-TaB2-SiCuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Upatov_dys.pdf
Розмір:
11.6 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ВТМПМ)
Дисертації (вільний доступ)