Аннотация
Введение 6
1. Аналитический обзор литературы 8
1.2. Диборид циркония(2гБ2) 9
1.3. Карбид кремния(81С) 11
1.4. Система ZrB2 - SiC 13
1.5. Диоксид циркония^гО2) 15
1.6. Получение керамических композиционных материалов 18
1.6.1. Спекание 20
2. Материалы и методы исследования 25
2.1. Исходные материалы 25
2.2. Механическая обработка порошков 28
2.3. Горячее прессование 29
2.4. Обработка поверхности образца 31
2.5. Изучение структуры материала 33
2.6. Рентгеноструктурный анализ 35
2.7. Измерение твёрдости композитов 38
3. Влияние механической обработки на структуру и свойства порошков. ... 40
3.1. Получение композиционных теплозащитных материалов на основе
ZrB2, SiC, ZrO2 42
3.2. Влияние механической обработки на свойства полученных композитов 42
4. Композиционный теплозащитный материал 45
Заключение 47
Список литературы 48
В век развития авиационной и космической техники предъявляются очень высокие требования к материалам, способным выдержать экстремальные тепловые нагрузки, ведь в настоящее время требуются материалы c высокой окислительной стойкостью, способные работать в окислительной среде при температуре выше 1800оС. Следует также отметить такие свойства материалов, как невысокая плотность, износостойкость, прочность при высоких температурах, теплопроводность, твёрдость. Огромную роль также играет стоимость исходных компонентов и технология изготовления.
Керамические композиционные материалы на основе ZrB2 и SiC являются стабильными при термодинамическом воздействии, входят в группу высокотемпературных керамик. Эти химические соединения обладают высокой стойкостью к окислению и отличный коэффициент теплопроводности. Это делает их достаточно актуальными для научных исследований и практического применения в авиационной - космической технике.
Следует отметить и главный недостаток керамических материалов. Несмотря на отличные свойства, как высокая твердость, сохранение прочности при повышенной температуре и износостойкость, эти материалы обладают низкой трещиностойкостью. Это свойство ограничивает широкое применение керамики в качестве конструкционных материалов. В настоящее время ведётся большая работа по разработке керамических материалов с повышенной вязкостью разрушения.
Введение в композицию тугоплавких оксидов имеет большой интерес в научном мире. На данный момент ведётся огромное множество исследований влияния добавок на морфологию порошка и процесса спекания. Распространено в качестве второй фазы в системе композиционного материала использовать диоксид циркония (ZrO2). Он обладает аномально низкой теплопроводностью среди всех известных тугоплавких соединений. Его используют в качестве барьерного слоя в композиционном материале. Это обеспечивает эффективную устойчивость к термодинамическим воздействиям и невысокую теплопроводность композиту.
Диоксид циркония известен прекрасной вязкостью разрушения в сочетании с отличной прочностью на изгиб (700-1200 МПа). Высокая ударная вязкость возникает из-за объемного расширения (4-5%), вызванного стрессом трансформации метастабильной тетрагональной фазы в стабильной моноклинной фазе при комнатной температуре.
Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что керамические материалы на основе диборида циркония и карбида кремния обладают комплексом уникальных физико-механических свойств, таких как высокая температура плавления, высокая теплопроводность, высокая твердость, стойкость к абразивному износу и к агрессивным средам.
Такие материалы отличаются высокими прочностными характеристиками, окислительной стойкостью, низкой плотностью, что позволяет использовать их в авиа - космической технике в качестве высокотемпературных конструкционных материалов для изготовления элементов газовых турбин, дизельных двигателей и теплообменников.
Внедрение в композицию добавки карбида кремния (SiC) повышает окислительную стойкость керамического композита за счет образования стекловидной пленки на основе SiO2, залечивающей поры и трещины и связывающей оксид бора в боросиликатное стекло.
Целью данной работы являлось получение композиционного теплозащитного материала на основе ZrB2 и ZrO2, а также изучение влияния механической обработки порошковых систем ZrB2+ X об.% SiC на структуру и свойства получаемых композиционных материалов
Длительная механическая обработка способствует увеличению среднего размера частиц(от 1.89 до 5.43 мкм для ZrB2+20 об.% SiC) и образованию агломератов со средним размером 14 мкм.
• При увеличении времени механической обработки был отмечен рост относительной насыпной плотности всех композитов.
• После одной минуты механической обработки наблюдается увеличение относительной плотности композитов, вплоть до 98% от теоретической, для образцов ZrB2+ 20 об.% SiC, при этом плотность образцов ZrB2 не превышает 76%.
• Наибольшая твёрдость выявлена у образца ZrB2+15 об.% SiC. Механическая обработка практически не влияет на твердость ZrB2 и ZrB2 +20 об.% SiC.
