Получение функционально-градиентных материалов на основе карбида кремния и высоколегированной стали по технологии искрового плазменного спекания
- Авторы: Чуклинов С.В.1, Сергиенко В.И.2, Папынов Е.К.3, Шичалин О.О.3, Белов А.А.3, Марчуков Е.Ю.1, Мухин А.Н.1
-
Учреждения:
- Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
- Президиум ДВО РАН
- Дальневосточный федеральный университет
- Выпуск: Том 68, № 1 (2023)
- Страницы: 115-132
- Раздел: НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-457X/article/view/136313
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22601237
- EDN: https://elibrary.ru/GVWBOH
- ID: 136313
Цитировать
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.
Ключевые слова
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
- 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
- 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
- Sam M., Jojith R., Radhika N. // J. Manuf. Process. 2021. V. 68. P. 1339. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00578-1
- Pasha A., B.M.R. // Mater. Today Proc. 2022. V. 52. P. 413. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.077
- Ruys A.J., Sutton B.A. // Met. Ceram., Elsevier. 2021. P. 327. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102869-8.00009-4
- 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
- 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
- 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
- Hausner S., Wielage B. // Adv. Brazing Sci. Technol. Appl., Woodhead Publishing Limited, 2013. P. 361–393. https://doi.org/10.1533/9780857096500.2.361
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Zhang B., Chen C., He J. et al. // Materials (Basel). 2020. V. 13. № 15. P. 1. https://doi.org/10.3390/ma13153300
- 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
- Dudina D.V., Matvienko A.A., Sidelnikov A.A. et al. // Metals (Basel). 2018. V. 8. № 7. https://doi.org/10.3390/met8070538
- Хениш Г., Рой Р. // Карбид кремния. М., 1972.
- 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
- 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
- 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
- Papynov E.K., Shichalin O.O., Mironenko A.Y. et al. // Radiochemistry. 2018. V. 60. № 4. P. 362. https://doi.org/10.1134/S1066362218040045