Получение функционально-градиентных материалов на основе карбида кремния и высоколегированной стали по технологии искрового плазменного спекания

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Важной научной задачей практического материаловедения является получение металлокерамических композитов в виде функционально-градиентных материалов (ФГМ) для изделий специального назначения. В этой связи в работе проведено исследование по применению технологии искрового плазменного спекания (ИПС) для эффективного диффузионного соединения SiC-керамики и высоколегированной стали (марка Х18Р15) с получением соединенного ФГМ-композита. В комплексном экспериментальном исследовании изучена динамика консолидации и изменение фазового состава дисперсного SiC в условиях различных температур и скорости разогрева, давления прессования, времени выдержки. В результате оптимизированы условия ИПС для получения SiC-керамики высокой относительной плотности (>82%) и микротвердости (>500 HV) стабильного фазового состава. Исследованы физико-химические основы формирования прочного соединения двухкомпонетной системы SiC-керамики и стали в условиях ИПС без добавок и с использованием смеси добавок в виде связующего, реакционного связующего и демпфера (системы добавок Ti–Ag, Ti–TiH2, Ti–Ag–TiH2 и Ti–Ag/Mo). Методами РФА, РЭМ и ЭДС изучена структура, состав керамики и промежуточных (связующих и демпферных) слоев, а также диффузия элементов на границе сформированных соединений в ФГМ-композитах. Установлено, что добавка Ti–Ag/Mo в соотношении 30 мас. % Ti–70 мас. % Ag и плотная прослойка Mo (толщина ~2 мм), выполняющего роль демпфера для компенсации температурного коэффициента линейного расширения, обеспечивают формирование соединенного ФГМ-композита целостной формы. Представленные исследования реализованы впервые, являются перспективными и требуют дальнейшего развития с целью наработки научных знаний изготовления композитных изделий специального назначения.

Об авторах

С. В. Чуклинов

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: papynov@mail.ru
Россия, 125993, Москва, Волоколамское ш., 4

В. И. Сергиенко

Президиум ДВО РАН

Email: papynov@mail.ru
Россия, 690000, Владивосток, ул. Светланская, 50

Е. К. Папынов

Дальневосточный федеральный университет

Email: papynov@mail.ru
Россия, 690922, о. Русский, п. Аякс, 10

О. О. Шичалин

Дальневосточный федеральный университет

Email: papynov@mail.ru
Россия, 690922, о. Русский, п. Аякс, 10

А. А. Белов

Дальневосточный федеральный университет

Email: papynov@mail.ru
Россия, 690922, о. Русский, п. Аякс, 10

Е. Ю. Марчуков

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: papynov@mail.ru
Россия, 125993, Москва, Волоколамское ш., 4

А. Н. Мухин

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: papynov@mail.ru
Россия, 125993, Москва, Волоколамское ш., 4

Список литературы

  1. Kieback B., Neubrand A., Riedel H. // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 362. № 1–2. P. 81. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00578-1
  2. Saleh B., Jiang J., Fathi R. et al. // Compos. Part B. 2020. V. 201. P. 108376. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108376
  3. Sam M., Jojith R., Radhika N. // J. Manuf. Process. 2021. V. 68. P. 1339. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00578-1
  4. Pasha A., B.M.R. // Mater. Today Proc. 2022. V. 52. P. 413. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.077
  5. Ruys A.J., Sutton B.A. // Met. Ceram., Elsevier. 2021. P. 327. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102869-8.00009-4
  6. Martinsen K., Hu S.J., Carlson B.E. // CIRP Ann. 2015. V. 64. P. 679. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2015.05.006
  7. Uday M.B., Ahmad-Fauzi M.N., Noor A.M. et al. // Current Issues and Problems in the Joining of Ceramic to Metal. Join. Technol., InTech, 2016. P. 159–193. https://doi.org/10.5772/64524
  8. Zhang Y., Chen Y.K., Yu D.S. et al. // J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9. № 6. P. 16214. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.11.088
  9. Hausner S., Wielage B. // Adv. Brazing Sci. Technol. Appl., Woodhead Publishing Limited, 2013. P. 361–393. https://doi.org/10.1533/9780857096500.2.361
  10. Nascimento R.M. do, Martinelli A.E., Buschinelli A.J.A. // Cerâmica. 2003. V. 49. № 312. P. 178. https://doi.org/10.1590/s0366-69132003000400002
  11. Hu Z.Y., Zhang Z.H., Cheng X.W. et al. // Mater. Des. 2020. V. 191. P. 108662. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108662
  12. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Sevastyanov V.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 14. P. 1697. https://doi.org/10.1134/S0036023619140079
  13. Papynov E.K., Portnyagin A.S., Modin E.B. et al. // Mater. Charact. 2018. V. 145. P. 294. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.08.044
  14. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 12. P. 1887. https://doi.org/10.1134/S0036023621120172
  15. Shapkin N.P., Papynov E.K., Shichalin O.O. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 5. P. 629. https://doi.org/10.1134/S0036023621050168
  16. Papynov E.K., Shichalin O.O., Buravlev I.Y. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 2. P. 263. https://doi.org/10.1134/S0036023620020138
  17. Shichalin O.O., Frolov K.R., Buravlev I.Y. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 8. P. 1245. https://doi.org/10.1134/S0036023620080148
  18. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 4. P. 421. https://doi.org/10.1134/S0036023618040186
  19. Shichalin O.O., Buravlev I.Y., Portnyagin A.S. et al. // J. Alloys Compd. 2020. V. 816. P. 152547. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152547
  20. Shichalin O.O., Buravlev I.Y., Papynov E.K. et al. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2022. V. 102. P. 105725. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105725
  21. Buravlev I.Y., Shichalin O.O., Papynov E.K. et al. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2021. V. 94. P. 105385. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105385
  22. Naveen Kumar N., Janaki Ram G.D., Bhattacharya S.S. // Trans. Indian Inst. Met. 2019. V. 72. № 7. P. 1837. https://doi.org/10.1007/s12666-019-01662-8
  23. Tsakiris V., Kappel W., Talpeanu D. et al. // Adv. Mater. Res. 2014. V. 1029. P. 200. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1029.200
  24. Okuni T., Miyamoto Y., Abe H. et al. // Ceram. Int. 2014. V. 40. P. 1359. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.07.017
  25. Rizzo S., Grasso S., Salvo M. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. V. 34. № 4. P. 903. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.10.028
  26. Miriyev A., Barlam D., Shneck R. et al. // J. Mater. Process. Technol. 2014. V. 214. № 12. P. 2884. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.06.026
  27. Miriyev A., Stern A., Tuval E. et al. // J. Mater. Process. Technol. 2013. V. 213. № 2. P. 161. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.09.017
  28. Zhang B., Chen C., He J. et al. // Materials (Basel). 2020. V. 13. № 15. P. 1. https://doi.org/10.3390/ma13153300
  29. Dudina D.V., Matvienko A.A., Sidelnikov A.A. et al. // Mater. Today Proc. 2019. V. 16. P. 187. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.05.242
  30. Dudina D.V., Matvienko A.A., Sidelnikov A.A. et al. // Metals (Basel). 2018. V. 8. № 7. https://doi.org/10.3390/met8070538
  31. Хениш Г., Рой Р. // Карбид кремния. М., 1972.
  32. Bokhonov B.B., Ukhina A.V., Dudina D.V. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 98. P. 80228. https://doi.org/10.1039/C5RA15439A
  33. Bernard–Granger G., Benameur N., Guizard C. et al. // Scr. Mater. 2009. V. 60. № 3. P. 164. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2008.09.027
  34. Bertrand A., Carreaud J., Delaizir G. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2014. V. 97. № 1. P. 163. https://doi.org/10.1111/jace.12657
  35. Papynov E.K., Shichalin O.O., Mironenko A.Y. et al. // Radiochemistry. 2018. V. 60. № 4. P. 362. https://doi.org/10.1134/S1066362218040045

© С.В. Чуклинов, В.И. Сергиенко, Е.К. Папынов, О.О. Шичалин, А.А. Белов, Е.Ю. Марчуков, А.Н. Мухин, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах