Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН), г. Черноголовка Статья поступила в редакцию 04.07.16 г., доработана 30.09.16 г., подписана в печать 03.10.16 г. Работа посвящена исследованию кинетики и механизма горения реакционных смесей в системах Zr-Si-B и Zr-B, получению по технологии силового СВС-компактирования компактных керамических материалов, а также изучению их жаростойкости. Показано, что для составов в системе Zr-Si-B зависимости температуры и скорости горения от начальной температуры (T 0) имеют линейный характер, т.е. с ростом T 0 стадийность химических реакций образования диборида и дисилицида циркония не меняется. Рассчитаны значения эффективной энергии активации СВС-процесса, свидетельствующие о ведущей роли реакционного взаимодействия циркония с бором и кремнием в расплаве. Изучена стадийность химических превращений в волне горения смеси Zr-Si-B: первоначально путем кристаллизации из расплава образуется фаза ZrB 2 , затем с запаздыванием в 0,5 с появляется фаза ZrSi 2 ; спустя 1 с кристаллизуется непрореагировавший Si. Изучен фазовый состав продуктов синтеза, в которых основным компонентом является диборид ZrB 2 , а также, в зависимости от состава исходной реакционной шихты, содержатся дисилицид циркония ZrSi 2 , Si и борид ZrB 12. По технологии силового СВС-компактирования получены компактные образцы, характеризующиеся высокой твердостью и низкой остаточной пористостью. В результате высокотемпературного окисления СВС-образцов в зависимости от состава на их поверхности формируются оксидные пленки SiO 2-ZrO 2-B 2 O 3 , а также сложный оксид ZrSiO 4 , служащие эффективным диффузионным барьером и снижающие скорость окисления. Ключевые слова: керамика, композиционные материалы, диборид циркония, дисилицид циркония, окисление, жаростойкость. Яцюк И.В.-аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) НИТУ «МИСиС», инженер научно-учебного центра (НУЦ) СВС МИСиС-ИСМАН (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).

В современной технике спеченные твердые сплавы имеют очень большое значение. Трудно назвать отрасль промышленности, в которой в той или иной мере не использовались бы твердые сплавы. Уникальные свойства по твердости, прочности, износостойкости, окалино-и жаропрочности, коррозионной стойкости позволяют применять твердосплавные изделия в качестве режущего инструмента, при бурении нефтяных скважин, в горно-обрабатывающей промышленности, при бесстружковой обработке металлов, в военной, атомной и космической технике, измерительном инструменте, вакуумной и электротехнической технике, для получения синтетических алмазов и др. В настоящей работе представлен обзор этапов появления и развития производства отечественных твердых сплавов. Показан вклад отечественных ученых в разработку различных марок твердых сплавов и становление их производства. Отмечена выдающаяся роль проф. Г.А. Меерсона в вопросе развития твердосплавной промышленности. Приведены результаты исследований многих ученых из России и стран СНГ из таких институтов, как Всероссийский научно-исследовательский институт твердых сплавов (г. Москва), Украинский институт материаловедения (г. Киев), Институт сверхтвердых материалов (г. Киев), Уральский филиал РАН (г. Кировоград), Уральский политехнический институт (г. Екатеринбург), Томский политехнический институт (г. Томск), Белорусский институт порошковой металлургии (г. Минск), Институт металлургии и материаловедения (г. Москва), Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (г. Черноголовка, Московская обл.).

To ascertain the influence of SiC nanowires on sintering kinetics of heterophase ceramics, two composite powders (TaSi2-TaC-SiC and TaSi2-TaC-SiC-SiCnanowire) are fabricated by mechanically activated combustion synthesis of Ta-Si-C and Ta-Si-C-(C2F4) reactive mixtures. Remarkable compressibility is achieved for the TaSi2-TaC-SiC-SiCnanowire composition (green density up to 84% as compared with 45.2% achieved for TaSi2-SiC-TaC) which is attributed to the lubricating effect of residual adsorbed fluorinated carbon (most likely C4F8). The outcomes of pressureless sintering of TaSi2-TaC-SiC and TaSi2-TaC-SiC-SiCnanowire compositions are vastly different; the former experiences no significant densification or grain growth and does not attain structural integrity, whereas the latter achieves relative density up to 93% and hardness up to 11 GPa. The SiC nanowires are not retained in consolidated ceramics, but instead, act as a sintering aid and promote densification and grain growth. Sintering mechanisms of TaSi2-TaC-SiC and TaSi2-TaC-SiC-SiCnanowire powders are analyzed using thermodynamic and ab initio grand potential calculations, as well as the analysis of grain size versus relative density relations. In the case of solid-state sintering, the densification and grain growth in heterophase non-oxide ceramics are governed by the same mechanisms as previously investigated single-phase oxides. The presence of SiC nanowires enhances grain-boundary related diffusion processes due to the high specific surface and aspect ratio of the nanowires. At 1500 °C, where the formation of the transient Si-based liquid phase is thermodynamically viable, only the SiC nanowire-containing composition demonstrated the intense grain coarsening and densification associated with liquid-assisted sintering. This effect can be attributed both to the presence of SiC nanowires and purification of residual oxide impurities due to C2F4-activated combustion synthesis employed for the in situ formation of SiC nanowires.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Научно-учебный центр СВС МИСиС-ИСМАН, г. Москва Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН), Московская обл.

No abstract