ВВЕДЕНИЕ 3
1. САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ 5
1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 5
1.2 ТЕРМОДИНАМИКА ЗОНЫ ПРОГРЕВА И РЕАКЦИИ 7
1.3 ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ОТ СООТНОШЕНИЯ ИСХОДНЫХ РЕАГЕНТОВ 12
1.4 БЕЗГАЗОВОЕ ГОРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ, IV-VI ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, С
БОРОМ, В СРЕДЕ ИНЕРТНОГО ГАЗА 13
1.5 ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ АКТИВАЦИИ СМЕСИ ПОРОШКОВ 16
1.6 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РЕЖИМЫ ГОРЕНИЕ
ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ TI+2B 20
1.7 ТЕРМОДИНАМИКА ДИБОРИДА ТИТАНА 23
1.8 НЕКОТОРЫЕ ПОНЯТИЯ ИЗ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ 26
1.9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ К АНАЛИТИЧЕСКОМУ ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ 34
2. БЕЗГАЗОВОЕ ГОРЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ СИСТЕМ AL-TI-B/B4C И СВОЙСТВА
ПОЛУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 35
2.1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 35
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 43
3.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОРЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ СИСТЕМЫ TI - B В
ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДИСПЕРСНОСТИ ТИТАНА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЯЗУЮЩЕГО 43
3.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СВ-СИНТЕЗА И СВОЙСТВ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ AL-TI-B И AL-TI-B4C 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 57
Развитие авиакосмической и автомобильной промышленности обусловливает потребность в новых материалах, обеспечивающих минимальные показателя веса конструкций в сочетании с заданными физикомеханическими свойствами. Большое значение в этой области имеют алюминиевые сплавы и композиты на их основе [1]. Разработка легких сплавов на основе алюминия велась и совершенствовалась в течение многих десятилетий. Прочность и пластичность этих материалов, главным образом, достигалась за счет контроля химического состава сплава, размера зерна, твердого раствора, а также модифицирования. Однако, согласно большинству современных исследований в области легких сплавов, оптимальным способом, удовлетворяющим требованиям физических основ материаловедения, специфике промышленного внедрения и экономической эффективности, является создание новых материалов с гетерофазной структурой путем дисперсного упрочнения. Такие материалы, состоящие из матрицы и распределенных в ней армирующих элементов, обладают качественно новыми, зачастую уникальными свойствами [2-4].
Основной проблемой при производстве композиционных материалов является обеспечение эффективного взаимодействия матрицы и упрочняющей фазы. В частности, непосредственное введение тугоплавких частиц (особенно наноразмерных) в расплав практически невозможно вследствие их склонности к агломерации и флотации из-за плохой смачиваемости жидким металлом. Решить данную проблему возможно: используя предварительно подготовленные лигатуры. Важное значение имеет способ синтеза лигатуры, обеспечивающий оптимальное содержание и фазовый состав частиц упрочняющей фазы.
Большинство исследователей сходятся во мнении, что порошковые армирующие добавки препятствуют движению дислокаций и, тем самым, эффективно повышают прочность материала при комнатной и повышенной температуре [5, 6]. В этом случае эффективность упрочнения определяется размером частиц, их объемной концентрацией и пространственным распределением. В ряде работ подчеркивается высокая эффективность использования таких термически стабильных составов, как Al2O3, SiC, TiC, TiB2 и других углеродных и боридных соединений [7-10]. В случае оптимального введения и распределения армирующей добавки в легких сплавах можно добиться следующих результатов: расширение диапазона рабочих температур, значительное повышение механических свойств, модуля упругости, триботехнических характеристик и снижение коэффициента теплового расширения [7, 9]. Между тем, металломатричные композиты обычно получают при введении значительного количества (от 5 до 20%) порошка с размерностью частиц до 10 мкм [7]. По некоторым данным, уменьшение среднего размера частицы до десятков-сотен нанометров позволит улучшать свойства металломатричных композитов на основе алюминия при меньшем содержании частиц порошка [8].
Согласно проведенному анализу, особое внимание следует уделять способу синтеза лигатур и выбору частиц, используемых в качестве упрочняющей фазы. Одним из таких способов является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). Технология СВС позволяет получать неорганические соединения различных классов (карбиды, бориды, нитриды, гидриды, силициды, оксиды, интерметаллиды и фосфиды), как в виде индивидуальных соединений, так и более сложных по составу.
Применительно к легким сплавам, СВС лигатуры, состоящие из отдельных кристаллитов целевой тугоплавкой фазы со средним размером от 0,5 до 3 мкм, имеют очевидную перспективу. Возможность получать частицы тугоплавких соединений, разделенных тонким слоем интерметаллидов, растворяющихся в процессе введение лигатуры в расплав, принципиально исключает их агломерацию. Получение композиции такой структуры возможно только с применением СВС. Размер тугоплавких частиц определяется условиями проведения СВС-процесса, в первую очередь, температурой горения, которая определяет процессы роста первичных зерен [14 - 16]. Изменением технологических параметров СВС процесса возможно управление свойствами синтезируемых материалов.
Таким образом, цель настоящей работы - Изучение закономерностей образования структуры и свойств материалов, получаемых в режиме безгазового горения различных по составу порошковых систем Al-Ti-B.
Обнаружено что при добавке к системе (69 % Ti + 31 % B) 2.5 % Al скорость горения системы увеличивается с ~ 80 до 120 мм/с, при этом скорость горения незначительно зависит от дисперсности исходного порошка титана, плотности прессовок и наличия полимерного связующего, обеспечивающее прочность прессовок.
Установлено, что структура полученных СВС-материалов порошковых систем Al-Ti-B состоит из интерметаллидной матрицы типа Ti-Al и включений частиц диборида титана (TiB2), при этом средний размер частиц TiB2 зависит от количества порошка алюминия в исходной системе и изменяется от 3,7 мкм до 0,7 мкм при изменении содержания алюминия от 10 до 60 масс %, соответственно.
Показано, что фазовый состав СВС - материалов, полученных из порошковых систем Al-Ti-B представлен фазами Ti - Al и TiB2, при этом содержание фаз зависит от количества алюминия в исходной системе.
Обнаружено, что при введении частиц диборида титана в сплав алюминия происходит увеличение прочности и пластичности по сравнению с исходных сплавом, при это предел прочности при растяжении для сплавов, содержащих 1 масс. % частиц диборида титана составил ~ 160 МПа, в то время как у исходного сплава предел прочности при растяжении составлял ~ 100 МПа.
