The object of research, development or design (in Russian) : Исследование электрических, термических и механических свойств пористой керамики на основе карбида кремния

The object of research, development or design (in Kazakh) : Кремний карбиді негізіндегі кеуекті керамиканың электрлік, термиялық және механикалық қасиеттерін зерттеу

Aim of work (in Russian) : Исследование электрических, термических и механических свойств пористых керамик на основе карбида кремния, разработка новых способов по регулирования электро- и теплопроводности, пористости и улучшению прочности пористой карбид кремниевой керамики.

Aim of work (in Kazakh) : Кремний карбид негізіндегі кеуекті керамиканың электрлік, термиялық және механикалық қасиеттерін зерттеу, кремний карбид негізіндегі кеуекті керамиканың электр және жылу өткізгіштігі мен кеуектілігін реттеудің, сонымен қатар беріктігін жақсартудың жаңа жолдарын жете зерттеу.

Методы исследования (на русском) : Анализ кристальных фаз будет осуществляться методом дифракции рентгеновых лучей (ДРЛ, D8 Discover, Bruker AXS GmbH, Карлсруэ, Германия). Количественный фазовый анализ политипов карбида кремния выполняется на основе данных ДРЛ и уточнения по методу Ритвельда. Типичная микроструктура и морфология зерен будет наблюдаться через сканирующий электронный микроскоп (СЭМ, S4300, OOO “Hitachi”, Хитачи, Япония). Объемная плотность (Db) пористого образца карбида кремния будет измеряться с использованием отношения веса к объему. Теоретическая плотность (Dth) каждой партии рассчитывается по правилу смесей. Общая пористость каждой пористой карбидокремниевой керамики определяется по ее объемной плотности и теоретической плотности материала. Для измерения теплопроводности используется высокоточная анализирующая машина методом лазерной вспышки (LFA, Mодель LFA467, Гиперфлэш, NETZSCH GmbH, Зельб, Германия). Методом Ван дер Пау будут измерены величины электрического удельного сопротивления и коэффициент Холла. Измерение прочности на изгиб определяется методом 4-точечной прочности на изгиб на аппарате Instron 4505 (Instron Inc., Norwood, MA, USA).

Методы исследования (на казахском) : Кристалдық фазаларды талдау рентгендік дифракция әдісімен жүзеге асырылады (DRL, D8 Discover, Bruker AXS GmbH, Карлсруэ, Германия). Кремний карбиді политиптерінің сандық фазалық талдауы DRL деректері мен Ритвельд әдісі бойынша нақтылау негізінде жүзеге асырылады. Дәндердің типтік микроқұрылымы мен морфологиясы сканерлеуші электронды микроскоп арқылы байқалды (СЭМ, S4300, ISO "Хитачи", Хитачи, Жапония). Кремний карбидінің кеуекті үлгісінің көлемдік тығыздығы (Db) салмақтың көлемге қатынасын қолдана отырып өлшенеді. Әр партияның теориялық тығыздығы (Dth) қоспалар ережесі бойынша есептелді. Әрбір кеуекті карбид-кремний керамикасының жалпы кеуектілігі оның көлемдік тығыздығымен және материалдың теориялық тығыздығымен анықталды. Жылу өткізгіштігін өлшеу үшін лазерлік жарқыл әдісімен жоғары дәлдіктегі талдау машинасы қолданылды (LFA, Lfa467 моделі, Гиперфлэш, NETZSCH GmbH, Зельб, Германия). Ван дер Пау әдісімен электр кедергісінің шамалары мен Холл коэффициенті өлшенді. Иілу беріктігін өлшеу Instron 4505 (Instron Inc.) құрылғысындағы 4 нүктелі иілу беріктігі әдісімен анықталдды (Norwood, MA, USA).

Obtained results and novelty (in Russian) : Были разработаны эффективные методы регулирования электрических и тепловых свойств пористой керамики в широком диапазоне. На основе литературного обзора и изучения электро- и теплопроводности пористых керамик предложены новые стратегии контроля свойств пористой SiC керамики путем добавления проводящих фаз, таких как графен, углеродные нанотрубки (CNT) и бориды металлов. Эти подходы требуют дальнейших систематических исследований для их адаптации к конкретным областям применения. В рамках исследования был выбран метод введения углеродных нанотрубок в пористую SiC керамику. Для изучения влияния многостенных углеродных нанотрубок (Multi-walled Carbon Nanotubes, MWCNT) лектрические и тепловые свойства материала в керамику, изготовленную из субмикронного порошка α-SiC, добавляли 0, 3, 5 и 10 вес.% CNT. Полимерные микросферы (РММА) были использованы в качестве жертвенного шаблона. В результате исследования были выявлены следующие находки: (1) Увеличение содержания CNT от 0 до 10 вес.% повышало пористость материала с ~71% до ~78%. (2) Электрическое сопротивление керамики снизилось с 2.1×10¹ Ω·см до 3.2×10⁻¹ Ω·см. (3) Теплопроводность уменьшилась с 2.8 Вт/(м·К) до 0.7 Вт/(м·К). Таким образом, электро- и теплопроводные свойства пористой SiC керамики можно эффективно регулировать введением проводящих фаз, например, углеродных нанотрубок.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Кеуекті керамиканың электрлік және жылу қасиеттерін кең ауқымда реттеудің тиімді әдістері жасалды. Кеуекті керамиканың электрлік және жылу өткізгіштігін әдеби шолу мен зерттеу негізінде графен, көміртекті нанотүтікшелер (CNT) және металл боридтері сияқты өткізгіш фазаларды қосу арқылы кеуекті SiC керамикасының қасиеттерін бақылаудың жаңа стратегиялары ұсынылды. Бұл тәсілдер оларды нақты қолдану салаларына бейімдеу үшін қосымша жүйелі зерттеулерді қажет етеді. Зерттеу барысында кеуекті SiC керамикасына көміртекті нанотүтікшелерді енгізу әдісі таңдалды. Көп қабырғалы көміртекті нанотүтікшелердің (Multi-walled Carbon Nanotubes, MWCNT) материалдың электрлік және жылу қасиеттеріне әсерін зерттеу үшін α-SiC субмикрон ұнтағынан жасалған керамикаға 0, 3, 5 және 10 салмақ.% CNT қосылды. Құрбандық шаблоны ретінде полимерлі микросфералар (РMMA) қолданылды. Зерттеу нәтижесінде келесі нәтижелер анықталды: (1) CNT құрамын 0-ден 10 салмақ.%-ға дейін арттыру материалдың кеуектілігін ~71%-дан ~78%-ға дейін арттырды. (2) Кеуекті керамиканың электрлік кедергісі 2.1×10¹ Ω·см-ден 3.2×10⁻¹ Ω·см-ге дейін төмендеді. (3) ал жылу өткізгіштік қасиеті 2.8 Вт/(м·К)-ден 0.7 Вт/(м·К)-ге дейін төмендеді. Осылайша, кеуекті SiC керамикасының электр және жылу өткізгіштік қасиеттерін көміртекті нанотүтікшелер сияқты өткізгіш фазаларды енгізу арқылы тиімді реттеуге болады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В результате проведенного эксперимента были получены 4 образца новоразработанных пористых керамик: (1) S0, (2) S3, (3) S5, (4) S10. Образцы были получены путем обжига в температуре 2050оС с использованием атмосферы азота. Как и ожидалось теплопроводность пористой карбидокремниевой керамики уменьшилась (с 2.8 Вт/(м·К) до 0.7 Вт/(м·К)) с увеличением пористости с ~71% до ~78%. Однако, несмотря на увеличение пористости электрическое сопротивление уменьшилось с увеличением содержания CNT. Данный результат связан тем, что углеродные нанотрубки обладают высокой электрической и тепловой проводимостью. Электропроводность пористых карбидокремниевых керамик очень сильно зависело от содержания CNT, тогда как теплопроводность пористых карбидокремниевых керамик в какой-то мере зависело от пористости.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Эксперимент нәтижесінде жаңадан жасалған кеуекті керамиканың 4 үлгісі алынды: (1) S0, (2) S3, (3) S5, (4) S10. Үлгілер азот атмосферасын пайдаланып 2050ос температурада күйдіру арқылы алынды. Күткендей, кеуекті карбид-кремний керамикасының жылу өткізгіштігі ~71%-дан ~78%-ға дейін кеуектіліктің жоғарылауымен (2.8 Вт/(м·К)-ден 0.7 Вт/(м·К)-ге дейін) төмендеді. Алайда, кеуектіліктің жоғарылауына қарамастан, CNT құрамының жоғарылауымен электр кедергісі төмендеді. Бұл нәтиже көміртекті нанотүтікшелердің жоғары электр және жылу өткізгіштігіне байланысты. Кеуекті карбид-кремний керамикаларының электр өткізгіштігі CNT құрамына өте тәуелді болды, ал жылу өткізгіштігі белгілі бір дәрежеде кеуекті карбид-кремний керамикаларының кеуектілігіне тәуелді болды.

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілген жоқ

Efficiency (in Russian) : Эффективность проведенного исследования заключается в том, что разработанный новый метод регулирования электро- и теплопроводности пористой керамики достигнутый путем введения углеродных нанотрубок в пористую SiC керамику является наилучшим способом достижения поставленной цели за короткий промежуток времени и с меньшими затратами на материалы. Новая стратегия по регулированию электро- и теплопроводности пористой керамики позволит улучшить свойства пористой керамики такие, как теплопроводность, электропроводность, высокая удельная поверхность, механическая прочность, проницаемость, звукопоглощение, теплоизоляция и т.д.

Efficiency (in Kazakh) : Зерттеудің тиімділігі мынада: кеуекті керамиканың электр және жылу өткізгіштігін реттеудің жаңа әдісі көміртекті нанотүтікшелерді кеуекті SiC керамикасына енгізу арқылы қол жеткізілді, бұл қысқа уақыт ішінде және материалдарға аз шығындармен мақсатқа жетудің ең жақсы тәсілі. Кеуекті керамиканың электр және жылу өткізгіштігін реттеудің жаңа стратегиясы кеуекті керамиканың жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік, жоғары меншікті бет, механикалық беріктік, өткізгіштік, дыбысты сіңіру, жылу оқшаулау және т. б. қасиеттерін жақсартуға мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Строительство, машиностроение, энергетическая, авиационная и металлургическая промышленности, защита окружающей среды.

Field of application (in Kazakh) : Құрылыс, машина жасау, энергетика, авиация және металлургия өнеркәсібі, қоршаған ортаны қорғау.