Болдин М.С., Нохрин А.В., Чувильдеев В.Н., Сахаров Н.В., Шотин С.В., Жарков Е.А

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭВОЛЮЦИИ СТРУКТУРЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ КЕРАМИК ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОМ ПЛАЗМЕННОМ СПЕКАНИИ

Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского госу- дарственного университета им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород [e-mail]

В работе описана эволюция структуры керамики Al2O3 в процессе высоко- скоростного электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС).

В качестве объекта исследования выступали порошки a-Al2O3 дисперсностью 0.85÷1.0 мкм. ЭИПС проводилось при температурах до Т = 1400 0С; длительность спекания не превышала t = 45 мин; скорость набора температуры V н =

100÷2500 0С/мин. Плотность образцов измерялась методом гидростатического

взвешивания в воде. Анализ микроструктуры образцов проводился с помощью растрового электронного микроскопа Jeol JSM-6490 с рентгеновским микроанали- затором INCA 350. Твердость по Викерсу (H V) измерялась при нагрузке 9.8 Н, трещиностойкость (K IC) определялась по методу Палмквиста.

Анализ структуры образцов полученных при V н = 100 0С/мин показывает, что консолидация порошка a-Al2O3 начинается при температуре Т = 1260 0С, а уплот- нение керамики, связанное с процессами спекания частиц порошка друг к другу, заканчивается при Т = 1350 0С. Дальнейшее уплотнение керамики связано с про- цессами рекристаллизации, приводящими к увеличению размера зерна (от 2 до 4 мкм) и появлению зерен аномального роста (до 40 мкм).

Керамика Al2O3 полученная при Т = 1440 0С, V н = 100 0С/мин и выдержке в течение 1 мин, имеет размер зерна d = 7 мкм, плотность ~ 99.5% (ρ = 3.970 г/см3), твердость H V = 16.7 ГПа, трещиностойкость K IC = 3.0 МПа·м1/2. Выдержка в тече- ние 3 мин приводит к увеличению размера зерна до d = 10 мкм, увеличению плот- ности до 99.7% и снижению твердости и трещиностойкости до H V = 16.5 ГПа и K IC

= 2.8 МПа·м1/2, соответственно. Увеличение времени выдержки до 30 мин приво-

дит к формированию крупнозернистой высокоплотной структуры (d = 250 мкм, ρ ~

99.9%), а также к снижению H V и K IC до 15.8 ГПа и 1.1 МПа·м1/2, соответственно.

Исследование влияния скорости ЭИПС на параметры структуры и физико- механические свойства оксида алюминия показывает, что нагрев порошка a-Al2O3 со скоростью V н = 2500 0С/мин позволяет сформировать мелкозернистую структуру (d = 1.5 мкм) и получить керамику с высокими прочностными характеристиками (твердость H V = 20 ГПа, трещиностойкость K IC = 3.6 МПа·м1/2).

В работе описаны результаты экспериментальных исследований влияния час- тиц активаторов (MgO, Y2O3) и нано- и ультрадисперсных упрочняющих частиц SiC на кинетику консолидации Al2O3-керамики при ЭИПС, а также результаты ис- следований физико-механических свойств нанокомпозитов Al2O3-SiC с разным со- держанием упрочняющих частиц. Проведен анализ влияния температурно- скоростных режимов ЭИПС (скорость нагрева и охлаждения, температура и время спекания, величина приложенного давления, ступенчатые режимы отжига) на структуру и свойства дисперсно-упрочненных керамик.

Авторы благодарят за поддержку ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» и ФЦП «Исследования и разработки по при- оритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007- 2013 годы».

Дата добавления: 2017-01-14