Изготовление керамики В 4 С/ZrB 2  методом карбидоборного восстановления

Т. С. Гудыма; Гудыма Т. С.; Р. Р. Хабиров; Хабиров Р. Р.; Ю. Л. Крутский; Крутский Ю. Л.; Н. Ю. Черкасова; Черкасова Н. Ю.; А. Г. Анисимов; Анисимов А. Г.; А. О. Cеменов; Cеменов А. О.

doi:10.31857/S0002337X24080111

Изготовление керамики В₄С/ZrB₂ методом карбидоборного восстановления

Authors: Гудыма Т.С.¹, Хабиров Р.Р.¹, Крутский Ю.Л.¹, Черкасова Н.Ю.¹, Анисимов А.Г.², Cеменов А.О.²
Affiliations:
1. Новосибирский государственный технический университет
2. Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО Российской академии наук
Issue: Vol 60, No 8 (2024)
Pages: 1016-1025
Section: Articles
URL: https://ruspoj.com/0002-337X/article/view/681654
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X24080111
EDN: https://elibrary.ru/LMVLUU
ID: 681654

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

В работе рассмотрен карбидоборный синтез композиционной керамики В₄С/ZrB₂. Керамика была получена прессованием порошковых смесей В₄С+ZrB₂, а также методом реакционного прессования. Содержание фазы ZrB₂составляло 10–30 мол.%. Выявлено, что увеличение содержания ZrB₂снижает открытую пористость и увеличивает относительную плотность композиционной керамики. Визуальный анализ показал, что одновременное проведение карбидоборного синтеза и горячего прессования позволяет получить материал В₄С/10 мол.%ZrB₂ с равномерно распределенными зернами ZrB₂в объеме фазы B₄C. Микротвердость и вязкость разрушения такого материала составляли 38.3 ГПа и 3.9 МПа м^0.5соответственно. Относительная плотность составляла 99.9%. В случае горячего прессования предварительно синтезированной порошковой смеси подобные результаты достигались при более высоком содержании модифицирующей добавки, соответствующем 30 мол.% диборида. Показано, что композиционная керамика, содержащая 30 мол.% ZrB₂, обладает более высоким сечением поглощения тепловых нейтронов по сравнению с немодифицированной керамикой.

Keywords

диборид циркония, нановолокнистый углерод, карбид бора, композиционная керамика

Full Text

References

Rubink W.S., Ageh V., Lide H., Ley N.A., Young M.L., Casem D.T., Faierson E.J., Scharf T.W. Spark Plasma Sintering of B4C and B4C–TiB2 Composites: Deformation and Failure Mechanisms under Quasistatic and Dynamic Loading // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. P. 3321–3332. https://doi.org/10.1016/J.JEURCERAMSOC. 2021.01.044
Shon I.J. High-Frequency Induction Sintering of B4C Ceramics and Its Mechanical Properties // Ceram. Int. 2016. V. 42. P. 19406–19412. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.08.132
White R.M., Dickey E.C. Mechanical Properties and Deformation Mechanisms of B4C–TiB2 Eutectic Composites // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. V. 34. P. 2043–2050. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.08.012
Дик Д.В., Гудыма Т.С., Филиппов А.А., Фомин В.М., Крутский Ю.Л. Реакционное горячее прессование керамики B4C–CrB2 и ее механические свойства // Прикладная механика и техническая физика. 2024. Т. 65. № 2. С. 81–89. https://doi.org/10.15372/PMTF202315362
Krutskii Y.L., Gudyma T.S., Dyukova K.D., Kuz’min R.I., Krutskaya T.M. Properties, Applications, and Production of Diborides of Some Transition Metals: Review. Part 2. Chromium and Zirconium Diborides // Steel Transl. 2021. V. 651. P. 359–373. https://doi.org/10.3103/S096709122106005X
Simonenko E.P., Sevast’yanov D.V., Simonenko N.P., Sevast’yanov V.G., Kuznetsov N.T. Promising Ultra-High-Temperature Ceramic Materials for Aerospace Applications // Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. P. 1669–1693. https://doi.org/10.1134/S0036023613140039
Neuman E.W., Thompson M., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Thermal Properties of ZrB2–TiB2 Solid Solutions // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. V. 7434–7441. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.08.004
He R., Jing L., Qu Z., Zhou Z., Ai S., Kai W. Effects of ZrB2 Contents on the Mechanical Properties and Thermal Shock Resistance of B4C–ZrB2 Ceramics // Mater. Des. 2015. V. 71 P. 56–61. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.01.002
Kovziridze Z., Mestvirishvili Z., Tabatadze G., Nizharadze N.S., Mshvildadze M., Nikoleishvili E. Improvement of Boron Carbide Mechanical Properties in B4C–TiB2 and B4C–ZrB2 Systems // J. Electron. Cool. Therm. Control. 2013. V. 3. P. 43–48. https://doi.org/10.4236/JECTC.2013.32006
Yanmaz L., Sahin F.C. Investigation of the Density and Microstructure Homogeneity of Square-Shaped B4C–ZrB2 Composites Produced by Spark Plasma Sintering Method // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. P. 1295–1302. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.11.026
Kumar A., Maharana S., Bichler L., Laha T., Roy S. Study of the Influence of ZrB2 Content and Thermal Shock on the Elastic Modulus of Spark Plasma Sintered ZrB2–B4C Composites Using a Non-Destructive Ultrasonic Technique // J. Eur. Ceram. Soc. 2024. V. 44. P. 679–692.
Skorokhod V.V. Processing, Microstructure, and Mechanical Properties of B4C–TiB2 Particulate Sintered Composites. Part I. Pressureless Sintering and Microstructure Evolution // Powder Metall. Met. Ceram. 2000. V. 39. P. 414–423. https://doi.org/10.1023/A:1026625909365
Yamada S., Hirao K., Yamauchi Y., Kanzaki S. High Strength B4C–TiB2 Composites Fabricated by Reaction Hot-Pressing // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. P. 1123–1130. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(02)00274-1
Skorokhod V. Jr., Krstic V.D. High Strength-High Toughness B4C–TiB2 Composites // J. Mater. Sci. Lett. 2000. V. 19. P. 237–239. https://doi.org/10.1023/A:1006766910536
Гудыма Т.С., Крутский Ю.Л., Максимовский Е.А., Черкасова Н.Ю., Лапекин Н.И., Ларина Т.В. Синтез композиционных порошковых смесей B4C–TiB2 методом карбидоборного восстановления с использованием нановолокнистого углерода для изготовления керамики // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2023. Т. 17. № 2. С. 35–45. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2023-2-35-45
Shestakov V.A., Gudyma T.S., Krutskii Y.L., Uvarov N.F. Determination of the Optimal Temperature Range for Synthesis of B4C–TiB2 and B4C–ZrB2 Powder Composite Materials // Mater. Today Proc. 2020. V. 31. P. 506–508. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.822
Huang S.G., Vanmeensel K., Vleugels J. Powder Synthesis and Densification of Ultrafine B4C–ZrB2 Composite by Pulsed Electrical Current Sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. V. 34. P. 1923–33. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.01.022
Крутский Ю.Л., Баннов А.Г., Соколов В.В., Дюкова К.Д., Шинкарев В.В., Ухина А.В., Максимовский Е.А., Пичугин А.Ю., Соловьев Е.А., Крутская Т.М., Кувшинов Г.Г. Синтез высокодисперсного карбида бора из нановолокнистого углерода // Российские нанотехнологии. 2013. Т. 8. № 3–4. С. 43–48.
Курмашов П.Б., Максименко В.В., Баннов А.Г., Кувшинов Г.Г. Горизонтальный пилотный реактор с виброожиженным слоем для процесса синтеза нановолокнистого углерода // Химическая технология. 2013. № 10. С. 635–640.
Попов М.В. Повышение эффективности процесса получения метано-водородной смеси каталитическим разложением легких углеводородов: автореф. дис. ... канд. техн. наук Новосибирск: Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, 2019. 20 с.
Шестаков В.А., Гудыма Т.С., Крутский Ю.Л., Уваров Н.Ф., Брестер А.Е., Сковородин И.Н. Оценка температурного диапазона процессов синтеза порошковых композиционных материалов B4C–TiB2 и B4C–ZrB2 // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 5. С. 506–511. https://doi.org/10.31857/
Гудыма Т.С., Крутский Ю.Л., Максимовский Е.А., Ухина А.В., Апарнев А.И., Смирнов А.И., Уваров Н.Ф. Синтез композиционных порошков B4C/ZrB2 методом карбидоборного восстановления для изготовления керамики // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 9. С. 945–955. https://doi.org/ 10.31857/S0002337X22090056
ГОСТ 2909-2014. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. М.: ИПК Издательство стандартов, 2014. 7 с.
ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. М.: ИПК Издательство стандартов, 1987. 29 с.
Хасанов О.Л., Струц В.К., Соколов В.М., Полисадова В.В., Двилис Э.С., Бикбаев З.Г. Методы измерения микротвердости и трещиностойкости наноструктурных керамик. Томск: ТПУ, 2011. 101 с.
Косолапова Т.Я. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: справ.изд. М.: Металлургия, 1986. 928 с.
Самсонов Г.В., Борисова А.Л., Жидкова Т.Г., Знатокова Т.Н., Калошина Ю.П., Киселева А.Ф., Кислый П.С., Ковальченко М.С., Косолапова Т.Я., Малахов Я.С., Малахов В.Я., Панасюк А.Д., Славута В.И., Ткаченко Н.И. Физико-химические свойства окислов: справ. изд. М.: Металлургия, 1978. 472 с.
Резепов В.К., Денисов В.П., Кирилюк Н.А., Драгунов Ю.Г., Рыжов С.Б. Реакторы ВВЭР- 1000 для атомных электростанций. М.: НПО “Гидропресс”, 2004. 333 с.