The object of research, development or design (in Russian) : образцы композитной керамики на основе карбида кремния, модифицированной наноразмерными добавками

The object of research, development or design (in Kazakh) : наноөлшемді қоспалармен модификацияланған кремний карбиді негізіндегі композициялық керамика үлгілері

Aim of work (in Russian) : разработка броневой керамики на основе карбида кремния, модифицированной наноразмерными добавками

Aim of work (in Kazakh) : наноөлшемді қоспалармен модификацияланған кремний карбиді негізінде құрыш керамикасын жасау

Методы исследования (на русском) : рентгеноспектральный флюоресцентный и рентгеноструктурный анализы, электронная и оптическая микроскопия и механические испытания, моделирование, химико-термические методы обработки и др., плавление, спекание, синтез, механические свойства, гравиметрия, дифференциально-термический метод анализа, определение усадки и потери массы шихты при спекании, ультразвуковая обработка расплава шихты, метод лазерной дифракции; метод гидростатического взвешивания

Методы исследования (на казахском) : Рентгендік спектрлік флуоресцентік және рентгендік құрылымдық талдау, электронды және оптикалық микроскопия және механикалық сынау, модельдеу, химиялық-термиялық өңдеу әдістері және т.б., балқыту, күйдіру, синтез, механикалық қасиеттер, гравиметрия, талдаудың дифференциалды термиялық әдісі, күйдіру кезінде шихтаның шөгуі және салмағының төмендеуін анықтау, шихта балқымасын ультрадыбыстық өңдеу, лазерлік дифракция әдісі; гидростатикалық өлшеу әдісі

Obtained results and novelty (in Russian) : Исследовано влияние морфологии и связанности наночастиц, температуры спекания на структуру керамических образцов. Изготовлены экспериментальные образцы керамики со следующими составами: 1) 94%SiC+2,5%SiO+1,5%MnO(nano)+1,5%Al2O3(nano); 2) 95%SiC+2,5%MgO+0,5%Ce2O4+1,0%TiO2(nano)+1,0%Al2O3(nano); 3) 92%SiC+5,0%TiO2+0,5% Nd2O3+1,0% TiO2(nano)+ 1,0%MnO(nano)+0,5% Al2O3(nano). На электронно-микроскопических изображениях у состава № 1,2 наблюдается сложная дефектная субструктура, по дифракционному контрасту напоминающая дислокационную. При анализе сколов, образовавшихся при разрушении зерен под некоторым углом к плоскостям спайности слоев на электронно-микроскопических изображениях видна полосчатая структура, средняя ширина которых - 90–130 нм. В некоторых случаях внутри полос наблюдается дефектная субструктура в виде отдельно расположенных линий. По характеру дифракционного контраста данные дефекты отнесены также к дислокациям. В среднем, в обоих составах плотность дислокаций составила - (9,5-10)·1010см-2. Подобный факт свидетельствует о более высокой концентрации микродефектов в зернах полученной керамики с составах №1,2. С учетом полученных данных структурных составляющих скорректирована технология спекания SiC. Подготовленные составы шихт №1,2 способом заготовки обжигали при температуре 1650°С на воздухе с выдержкой 3,5 часа, скорость нагревания составляла 5°С/мни, охлаждения− 7°С/мин.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Нанобөлшектердің морфологиясы мен байланысуының, күйдіру температурасының керамикалық үлгілердің құрылымына әсері зерттелді. Келесі құрамдағы керамиканың тәжірибелік үлгілері жасалды: 1) 94% SiC+2,5% SiO+1,5% MnO(нано)+1,5% Al2O3(нано); 2) 95% SiC+2,5%MgO+0,5%Ce2O4+1,0%TiO2(nano)+1,0%Al2O3(нано); 3) 92% SiC+5,0% TiO2+0,5% Nd2O3+1,0% TiO2(нано)+ 1,0% MnO(нано)+0,5% Al2O3(нано). № 1,2 композицияның электронды микроскопиялық суреттерінде дифракциялық контраст бойынша дислокациялық ішкі құрылымға ұқсайтын күрделі ақаулық ішкі құрылым байқалады. Қабаттардың бөліну жазықтығына белгілі бір бұрышта дәндердің бұзылуы кезінде пайда болған үзінділерді талдағанда, электронды микроскопиялық кескіндер жолақты құрылымды көрсетеді, оның орташа ені 90–130 нм. Кейбір жағдайларда жолақтардың ішінде бөлек сызықтар түріндегі ақаулы қосалқы құрылым байқалады. Дифракциялық контрасттың сипаты бойынша бұл ақаулар дислокацияларға да жатқызылады. Орташа алғанда екі композицияда дислокацияның тығыздығы - (9,5-10)·1010 см-2 болды. Бұл факт №1,2 композицияларымен алынған керамика дәндеріндегі микродефектілердің жоғары концентрациясын көрсетеді. Құрылымдық компоненттердің алынған мәліметтерін ескере отырып, SiC агломерациялау технологиясы түзетілді. №1 және 2 шихтаның дайындалған композициялары дайындама әдісімен 1650°С температурада ауада 3,5 сағат экспозициямен күйдірілді, қыздыру жылдамдығы 5°С/мин, ал салқындату жылдамдығы 7°С/мин болды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Создание керамики реализовано путем использования в качестве добавок наноструктурных порошков за счет кавитационного акустического воздействия в установке импеллерного типа. При прохождении акустических колебаний возникало локальное увеличение температуры на 50% и давления, что способствовало возникновению интенсивных микропотоков и локальных ударных волн, обеспечивающих интенсификацию массопереноса. Самую низкую насыпную плотность имеют составы 1 и 3, по причине содержания наночастиц. Высоким значением удельной поверхности обладает состав 1, так как он содержит наибольшее количество наночастиц – 3,0 масс.%. Ультразвуковая обработка в деионизованной воде уменьшает насыпной вес порошков всех составов примерно на 7 – 8 %. Размерность частиц и форма в каждом составе: №1 – после кавитационной обработки средний размер частиц 42 мкм (до обработки 70 мкм), преимущественно эллипсоидной формы; №2 – 47 мкм, круглой формы; № 3 – 44 мкм, дисковой формы. Кажущаяся плотность увеличивается в среднем на 15%, микротвердость в среднем на 7% и механическая прочность в среднем возрастает на 10%. Композиты на основе зернистого карбида кремния состава №1 при давлении прессования 220 МПа обладают более высокими значениями прочности при изгибе. При спекании жидкая фаза (ее количество и свойства) также способствует процессам перераспределения компонентов. Это изменяет структуру керамики и уменьшает влияние давления прессования на пористость и среднюю плотность керамики.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Керамика жасау жұмыс дөңгелегі типті қондырғыда кавитациялық акустикалық әсерлерге байланысты наноқұрылымды ұнтақтарды қоспалар ретінде пайдалану арқылы жүзеге асырылды. Акустикалық тербелістердің өтуі кезінде температура мен қысымның жергілікті 50%-ға жоғарылауы орын алды, бұл қарқынды микроағындардың және жергілікті соққы толқындарының пайда болуына ықпал етті, бұл масса алмасудың күшеюін қамтамасыз етті. 1 және 3 композициялар құрамында нанобөлшектердің болуына байланысты ең төменгі көлемдік тығыздыққа ие. 1-ші композицияның меншікті бетінің ауданы жоғары, өйткені оның құрамында нанобөлшектердің ең көп мөлшері бар – 3,0 масс.%. Дейондандырылған судағы ультрадыбыстық өңдеу барлық құрамдағы ұнтақтардың массалық тығыздығын шамамен 7-8% төмендетеді. Әрбір құрамдағы бөлшектердің мөлшері мен пішіні: №1 - кавитациялық өңдеуден кейін орташа бөлшектердің өлшемі 42 мкм (өңдеу алдында, 70 мкм), негізінен эллипсоидты; № 2 - 47 мкм, дөңгелек; №3 - 44 мкм, диск тәрізді. Көрінетін тығыздық орта есеппен 15%-ға, микроқаттылық орта есеппен 7%-ға, ал механикалық беріктік орта есеппен 10%-ға артады. 220 МПа престеу қысымында № 1 түйіршіктелген кремний карбидінің құрамына негізделген композиттер иілу беріктігінің жоғары мәндеріне ие. Агломерация кезінде сұйық фаза (оның мөлшері мен қасиеттері) компоненттердің қайта бөлінуіне де ықпал етеді. Бұл керамика құрылымын өзгертеді және керамиканың кеуектілігі мен орташа тығыздығына престеу қысымының әсерін азайтады.

Level of implementation (in Russian) : Внедрение запланировано на следующий год

Level of implementation (in Kazakh) : Іске енгізу келесі жылға жоспарланған

Efficiency (in Russian) : Композиты на основе зернистого карбида кремния состава SiC – 10 % эвтектики (№1) при давлении прессования 220 МПа обладают более высокими значениями прочности при изгибе, чем композиты состава SiC – 5 % эвтектики (№2). Увеличение количества добавки меняет структуру каркаса и окружающих его областей. При спекании жидкая фаза (ее количество и свойства) также способствует процессам перераспределения компонентов. Это изменяет структуру керамики и уменьшает влияние давления прессования на пористость и среднюю плотность керамики.

Efficiency (in Kazakh) : Түйіршікті кремний карбидінің құрамы SiC негізіндегі композиттер - 10% эвтектикалық (№1) престеу қысымы 220 МПа кезінде SiC құрамды композиттерге қарағанда иілу беріктігінің жоғары мәндері бар - 5% эвтектикалық (№2). Қоспаның мөлшерін ұлғайту тірек құрылымы мен оның айналасындағы аумақтарды өзгертеді. Күйдіру кезінде сұйық фаза (оның мөлшері мен қасиеттері) компоненттердің қайта бөлінуіне де ықпал етеді. Бұл керамика құрылымын өзгертеді және керамиканың кеуектілігі мен орташа тығыздығына престеу қысымының әсерін азайтады.

Field of application (in Russian) : предприятия оборонной, машиностроительной, энерго- и обрабатывающей отраслей

Field of application (in Kazakh) : қорғаныс, машина жасау, энергетика және өңдеу өнеркәсібі кәсіпорындары