1. Литературный обзор 9
1.1. Al2O3 9
1.2. ZrO2 11
1.3. ZrB2 14
1.4. Методы получения композиционных материалов 15
1.5. Возможные механизмы упрочнения 18
1.6. Композиционные материалы на основе оксида алюминия, структура,
свойства, применение 22
Постановка задачи 26
2.Экспериментальная часть 26
2.1. Материалы и методика эксперимента 28
2.2. Результаты исследования 31
2.2.1. Микроструктура, фазовый состав и механические свойства
композитов Al2O3 - ZrB2 31
2.2.2. Микроструктура, фазовый состав и механические свойства
композитов Al2O3 - ZrB2 - ZrO2 40
2.2.3. Микроструктура, фазовый состав и механические свойства
композитов Al2O3 - ZrB2(SiC) 42
1. «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ» 52
2. «СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ» 78
Заключение 97
Список публикаций: 98
Список литературы: 99
Приложение П Раздела ВКР, выполненный на иностранном языке 103
Объектом исследования является серия образцов композита Al2O3 -
ZrB2, полученных методом горячего прессования (ГП) в среде аргона и азота.
Вторая серия образцов содержала оксид алюминия и диборид циркония в который добавили 30 об.% карбида кремния.
Цель исследования – получить трехкомпонентный композит на основе
оксида алюминия и добавок в него диоксида циркония и диборида циркония, и
исследовать его структуру и физико-механические свойства.
Проведены исследования элементного и фазового состава. Методом
рентгеновской дифракции были получены данные о параметрах кристаллического строения и фазовом составе композитов. Структуру после ГП изучали
методом оптической и растровой электронной микроскопии. Прочностные
свойства материала характеризовали микротвердостью по Виккерсу и вязкостью разрушения.
В результате исследования установлено, что при горячем прессовании
керамических композитов Al2O3–ZrB2–ZrO2 происходит окисление диборида
циркония с последующим испарением через газовую фазу до 10% от исходного
содержания. Показано, что добавка карбида кремния блокирует процесс окисления диборида циркония, в результате чего, методом горячего прессования в
среде азота, при температуре спекания 1800°С и выдержке 5 минут, удалось
получить композиты системы Al2O3–ZrB2(SiC) с ультрамелкозернистой структурой и минимальной пористостью.5
Рентгенофазовый анализ показал, что в результате горячего прессования
композитов Al2O3–ZrB2(SiC), их исходный фазовый состав сохраняется. Растровая электронная микроскопия свидетельствует о равномерном распределении
компонентов в матрице из оксида алюминия.
Показано, что твердость и вязкость линейно возрастают с увеличением
температуры горячего прессования. Оптимальное сочетание механических
свойств показал состав 80Al2O3–20ZrB2(SiC) его твердость и вязкость разрушения составили 19.1 ГПа и 5,5 МПа*м1/2 соответственно.
Введения
На сегодняшний день очень актуальна потребность в разработке материалов с улучшенными механическими свойствами и химической инертностью, а
так же способных работать при высоких скоростях резанья. Керамические композиты являются одним из перспективных материалов в качестве режущего инструмента. Из-за их превосходных физических свойств, термической стабильности, высокой твердости и хорошей коррозионной стойкости.
Керамические композиты Al2O3–ZrO2 известны давно и широко используются в различных отраслях промышленности. Однако, композиты ZrO2 –
Al2O3 уже не удовлетворяют современным требованиям машиностроения. Существуют работы, показывающие улучшение свойств керамических композитов на основе Al2O3–ZrO2 за счет добавления в них более тугоплавких и высокомодульных соединений типа WC, TiC, TiB2, ZrB2, ZrO2, и SiC волокон [1,2].
Наибольший интерес вызывает ZrB2, который является членом семейства материалов, известных как ультра-высокотемпературная керамика. В дополнение к
своей высокой температуре плавления, ZrB2 имеет уникальное сочетание высокой твердости, химической стабильности, высокой электропроводности и теплопроводности, а также устойчив к эрозии / коррозии. В связи с этим, интерес
представляют результаты, позволяющие создать трехкомпонентный композит
Al2O3-ZrO2-ZrB2 и выявить физические механизмы, обеспечивающих повышение прочности и трещиностойкости керамических материалов.
Актуальными на сегодняшний день направлением работ в области развития композиционных материалов, является создание керамических композиционных материалов нового класса обладающих высокой твердостью, химической инертностью способных выдерживать длительное воздействие агрессивных сред, высокого давления, с повышенной стойкостью к хрупкому разрушению и трещиностойкостью при температуре эксплуатации более 1600 градусов.
Установлено, что при горячем прессовании керамических композитов
Al2O3–ZrB2–ZrO2 происходит окисление диборида циркония с последующим
испарением через газовую фазу до 10% от исходного содержания.
Показано, что добавка карбида кремния блокирует процесс окисления
диборида циркония, в результате чего, методом горячего прессования в среде
азота, при температуре спекания 1800°С и выдержке 5 минут, удалось получить
композиты системы Al2O3–ZrB2(SiC) с ультрамелкозернистой структурой и минимальной пористостью.
Рентгенофазовый анализ показал, что в результате горячего прессования
композитов Al2O3–ZrB2(SiC), их исходный фазовый состав сохраняется. Растровая электронная микроскопия свидетельствует о равномерном распределении
компонентов в матрице из оксида алюминия.
Показано, что твердость и вязкость линейно возрастают с увеличением
температуры горячего прессования. Оптимальное сочетание механических
свойств показал состав 80Al2O3–20ZrB2(SiC) его твердость и вязкость разрушения составили 19.1 ГПа и 5,5 МПа*м1/2 соответственно.
Анализ механизмов упрочнения показал, что происходит значительное
ветвление трещины по границам зерен ZrB2(SiC) и как следствие уменьшение
ее энергии, что приводит к торможению трещины и повышению вязкости разрушения композита в целом.
