Получение керамических материалов в системах Cr-B, Ti-Cr-B, Ti-Ta-C методом СВС механически активированных реакционных смесей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат технических наук Пацера, Евгений Иванович

• Пацера, Евгений Иванович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пацера, Евгений Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Композиционные керамические материалы.

1.2 Высокотемпературные материалы на основе тугоплавких соединений

1.2.1 Бориды.

1.2.2 Карбиды.

1.3 Применение боридов и карбидов переходных металлов.

1.4 Методы получения боридов и карбидов тугоплавких металлов.

1.4.1 Методы получения боридов.

1.4.2 Методы получения карбидов.

1.5 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

1.5.1 Получение боридов и карбидов методом СВС.

1.5.2 Сплавы марки СТИМ.

1.6 СВС механически активированных смесей.

ГЛАВА II. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Осуществление механического активирования.

2.1.1 Исходные компоненты.

2.1.2 Механическое активирование порошковых смесей.

2.2 Определение тепловых характеристик шихты.

2.3 Определение размера частиц по дифракции лазерного луча.

2.4 Приготовление металлографических шлифов и металлографические исследования.

2.5 Сканирующая электронная микроскопия.

2.6 Рентгенофазовый анализ.

2.7 Рентгеноструктурный анализ с использованием синхротронного излучения.

2.8 Динамический рентгенофазовый анализ.

2.9 Анализ методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

2.10 Расчет адиабатических температур горения.

2.11 Методика определения скорости и температуры горения.

2.12 Метод остановленного фронта горения (ОФГ) закалкой в медном клине.

2.13 Технология силового СВС- компактирования.

2.13.1 Сушка и дозирование компонентов шихты.

2.13.2 Прессование исходных брикетов.

2.13.3 Синтез заготовок и охлаждение.

2.13.4 Шлифование и электроэрозионная резка.

2.14 Измерение твердости.

2.15 Измерение микротвердости.

2.16 Измерение плотности.

ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ГЛАВА III ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ Сг-В.

3.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе Сг-В методом СВС.

3.2 Влияние механического активирования на состав, структуру и свойства реакционной порошковой смеси.

3.3 Анализ механизма протекания процесса СВС в системе Сг-В.

3.3.1 Исследование процесса распространения волны горения.

3.3.2 Влияние начальной температуры на температуру и скорость горения

3.3.3 Анализ механизма горения смеси Сг-В.

3.4 Получение компактного диборида хрома и экспериментальных образцов керамических мишеней по технологии силового СВС- компактирования с использованием предварительного МА.

3.5 Анализ структуры и свойств керамического материала на основе СгВ2.

3.6 Выводы по главе.

ГЛАВА IV ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТьСг-В.

4.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе ТьСг-В методом СВС.

4.2 Влияние механического активирования на состав, структуру и свойства реакционной порошковой смеси.

4.3 Анализ механизма протекания процесса СВС в системе Ti-Cr-B.

4.3.1 Влияния начальной температуры на температуру и скорость горения

4.3.2 Анализ механизма горения и структурообразование смеси Ti-Cr-B

4.4 Получение боридных композитов в системе Ti-Cr-B и экспериментальных образцов керамических мишеней по технологии силового СВС-компактирования с использованием предварительного МА.

4.5 Анализ структуры и свойств керамических материалов Ti-Cr-B.

4.5.1 Исследование фазового состава.

4.5.2 Анализ керамических материалов Ti-Cr-B методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

4.5.3 Исследование микроструктуры продуктов синтеза Ti-Cr-B.

4.5.4 Свойства керамических материалов Ti-Cr-B.

4.6 Выводы по главе.

ГЛАВА V ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ Ti-Ta-C.

5.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе Ti-Ta-C методом СВС.

5.2 Влияние механического активирования на состав, структуру и свойства реакционной порошковой смеси Ti-Ta-C.

5.3 Анализ механизма протекания процесса СВС в системе Ti-Ta-C.

5.3.1 Горение механически активированных реакционных порошковых смесей.

5.3.2 Анализ механизма горения и структурообразование смеси Ti-Ta-C.

5.4 Получение компактных комплексных карбидов в системе Ti-Ta-C и экспериментальных образцов керамических мишеней по технологии силового СВС- компактирования с использованием предварительного МА.

5.5 Анализ структуры и свойств керамических материалов системы Ti-Ta-C

5.6 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение керамических материалов в системах Cr-B, Ti-Cr-B, Ti-Ta-C методом СВС механически активированных реакционных смесей»

Актуальность работы.

Композиционные керамические материалы — третий по объемам производства класс порошковых материалов, широко используемых в промышленности. Основными достоинствами керамических материалов являются высокая температура плавления, высокая химическая стойкость и стойкость к высокотемпературному окислению, высокая прочность в условиях сжимающих напряжений.

Развитие новых материалов протекает на тех прорывных направлениях, которые представляют наибольший интерес и достижения которых могли бы быть наиболее весомыми с точки зрения развития научно-технического прогресса. К таким прорывным направлениям относятся технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов.

Разработка новых композиционных керамических материалов с уникальным набором свойств и одновременно высоким уровнем физико-механических свойств является важнейшей и актуальной задачей современного материаловедения. Зачастую решение данной проблемы невозможно осуществить в рамках традиционных представлений о равновесных состояниях и требует привлечения новых подходов и методов синтеза специального класса композиционных керамических материалов. Одним из таких методов является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) и его сочетание с механическим активированием (МА). СВС- технологии относятся к числу энергоэффективных, так как позволяют получать за один технологический цикл новые вещества и материалы, в том числе порошковые и объемные керамические материалы, используя тепло химических реакций.

С помощью МА удается ускорять химические реакции путем повышения реакционной способности смесей. Накопление реакционной смесью (шихтой) энергии в виде дефектов структуры (дислокации, вакансии, границы зерен, дефекты упаковки и т.д.) и образование метастабильных фаз повышают свободную энергию системы, что приводит к возрастанию реакционной способности. Измельчение компонентов снижает кинетические затруднения протекания химических реакций в гетерогенных средах. Благодаря МА возрастают тепловыделение и его скорость в реакциях горения, снижается температура начала реакции, повышается химическая и структурная однородность продуктов синтеза. Поэтому применение МА на стадии предварительной обработки слабо экзотермических и трудно зажигаемых смесей для осуществления синтеза в режиме горения, в частности по технологии силового СВС- компактирования, значительно расширяет класс получаемых керамик и композитов.

Бориды титана и хрома привлекают внимание разработчиков жаростойких и сверхтвердых конструкционных материалов, благодаря уникальному сочетанию их стойкости к высокотемпературному окислению, высокой твердости, износостойкости, электро- и теплопроводности. Керамика на основе боридов титана и хрома востребована в технологии магнетронного распыления ультратвердых, износо- и жаростойких наноструктурных тонкопленочных покрытий. Материалы на основе карбидов титана и тантала, помимо указанных выше свойств, обладают хорошей биосовместимостью, что позволяет использовать их в медицине для изготовления имплантатов.

Актуальность работы подтверждается выполнением ее в соответствии с тематическими планами университета на НИР и ОКР по следующим проектам:

- ГК №02.740.11.0133 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по теме «Проведение научных исследований коллективом Научно-образовательного центра НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН в области создания и обработки композиционных керамических материалов»;

- ГК № 02.513.11.3187 в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по теме: «Разработка научных и технологических принципов создания наноструктурированных керамических и дисперсноупрочненных наночастицами композиционных материалов для работы в экстремальных условиях эксплуатации»;

- Государственное задание на 2012 г. НИР: 3.3012.2011 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» по теме: «Исследование процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза новых жаростойких керамических материалов из многокомпонентных механически активированных систем с двумя и более ведущими химическими реакциями»;

- Проект МНТЦ № 3616 по теме: «Разработка экологически чистого сухого процесса механической обработки», 2007-2010 г.;

- ГК № 02.513.12.3091 в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по теме «Разработка многофункциональных наноструктурных покрытий на основе системы (Т1,Сг)-(А1,81)-(С,В,1Ч) с повышенной термостабильностью и жаростойкостью с участием научных организаций Франции»;

- Грант Президента РФ по развитию ведущих научных школ НШ-6497.2010.3 по теме: «Развитие научных основ структурной макрокинетики процессов горения», 2010-2012 г.;

- Программа развития НИТУ «МИСиС», проект фундаментальных исследований аспирантов, докторантов и молодых ученых на 2010 год: «Исследование механизма горения и стадийности протекания СВС-реакций в механически активированных смесях ТьСг-В»;

- Программа развития НИТУ «МИСиС», проект фундаментальных исследований аспирантов, докторантов и молодых ученых на 2011 год: «Исследование влияния газотранспортных реакций на механизм и кинетику самораспространяющегося высокотемпературного синтеза боридных композиций».

Цель работы состоит в развитие научных принципов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза механически активированных реакционных смесей Сг-В, Сг-ТьВ и ТьТа-С и создание технологии получения керамических мишеней для технологий инженерии поверхности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение влияния механического активирования на структуру и свойства реакционных смесей Сг-В, Сг-ТьВ, ТьТа-С;

2. Исследование закономерностей и механизмов горения в МА системах Сг-В, Сг-ТьВ, ТьТа-С при осуществлении СВС;

3. Исследование особенностей протекания процессов фазо- и структурообразования при взаимодействии в системах Сг-В, Сг-ТьВ, ТьТа-С

4. Анализ влияния технологических параметров силового СВС-компактирования на состав, структуру и свойства компактных керамических материалов;

5. Получение керамических мишеней в системах Сг-В, Сг-ТьВ, ТьТа-С по технологии силового СВС- компактирования механически активированных реакционных смесей.

Научная новизна работы:

1. Предложен механизм химического взаимодействия при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе из элементов в системах Сг-В, ТьСг-В, ТьТа-С, заключающийся в том, что важную роль при их образовании играют газотранспортные химические реакции с участием кислорода, обеспечивающие массоперенос бора и углерода к поверхности металлических частиц

2. Выявлены особенности распространения волны горения механически активированных реакционных смесей Сг-В, проявляющиеся в переходе из стационарного в автоколебательный режим, что связано с увеличением концентрации адсорбированного кислорода с увеличением длительности процесса механического активирования. Обнаружена новая разновидность волны СВС, сочетающая в себе одновременно черты автоколебательного и спинового режимов горения.

3. Установлена стадийность химических и структурных превращений в волне горения механически активированных смесей Тл-Сг-В. Первоначально образуются бориды титана и хрома, затем - химические соединения СгдТЧдВ и Т12СгВ2 с гексагональной решеткой и структурным типом ЬР28/5 и 1Р10/2, соответственно.

4. Установлена стадийность химических и структурных превращений в волне горения смесей ТьТа-С. Для составов Т1-9,5%Та-10,5%С и Ть28,1%Та-9,6%С при начальной температуре (Т0) менее 450 К химические реакции протекают последовательно: ведущей является реакция образования карбида титана, а затем с временным отрывом 0,2 секунды следует реакция образования карбида тантала. При Т0 более 450 К осуществляется переход к параллельным химическим реакциям, что сопровождается нелинейным ростом температуры и скорости горения. Для смеси 11-46,9%Та-8,6%С зависимости температуры и скорости горения в широком диапазоне значений Т0 линейны. Горение механически активированных СВС - смесей с ростом Т0 переходит из послойного режима в режим «теплового взрыва».

Практическая значимость работы

1. Установлены оптимальные технологические режимы и разработана ресурсо- и энергосберегающая СВС- технология получения керамических мишеней на основе боридов хрома, титана и титано-танталового карбида. На технологические режимы оформлены 2 ноу-хау №20-164-2012 ОИС и № 21164-2012 ОИС от 01.10.2012 (зарегистрированы в депозитарии МИСиС).

2. Разработана технологическая инструкция ТИ 43-11301236-2012 на производство дисковых и планарных мишеней-катодов СВС-П, изготовленных из механически активированной шихты, для магнетронного распыления сверхтвердых тонкопленочных покрытий.

3. Разработаны технические условия ТУ 3971-030-11301236-2012 «Мишени-катоды СВС-П дисковые и планарные, изготовленные из механически активированной шихты, для магнетронного распыления сверхтвердых тонкопленочных покрытий», зарегистрированные во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ».

4. Осуществлена апробация новой технологии производства и изготовлены экспериментальные образцы дисковых и планарных мишеней-катодов различных составов на опытном производстве ЗАО НПО «Металл», г. Москва.

Достоверность полученных результатов.

Достоверность результатов обеспечена использованием современных аттестованных методик измерения температуры и скорости горения, методов оптической, сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов, в том числе с использованием синхротронного излучения. Физические, физико-механические свойства порошков и компактных образцов определялись с помощью стандартных методик определения гидростатической плотности, микротвердости, твердости, жаростойкости.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях: 10-й Международный симпозиум по СВС (2009, Цахкадзор, Армения), 3-й Российско-Французский Семинар по СВС и реакционным наносистемам (2010, Университет Бургундии, Дижон, Франция), 4-ая Всероссийская конференция по наноматериалам, (Россия, Москва, 2011 г.); 11-й Международный симпозиум по СВС (2011, Анависсос, Аттика, Греция), 19-й Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Россия, Волгоград, 2011 г.); Международная конференция «Неизотермические явления и процессы: от теории теплового взрыва к структурной макрокинетике» (2011, Черноголовка, Россия); Итало-Российский семинар «Новые достижения и проблемы в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» (2012, Кальяри, Италия)

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты исследования влияния МА на структуру и свойства реакционных смесей Сг-В, ТьВ-Сг, ТьТа-С;

2. Особенности влияния начальной температуры на температуру и скорость горения реакционных, в том числе механически активированных смесей Cr-B, Cr-Ti-B, Ti-Ta-C.

3. Механизмы горения, стадийность химических и структурных превращений в волне горения смесей Cr-B, Cr-Ti-B, Ti-Ta-C.

4. Закономерности фазо- и структурообразования компактных керамических материалов в условиях силового СВС- компактирования, а также их свойства (плотность, остаточная пористость, твердость, жаро- и термостойкость).

5. Режимы получения керамических мишеней по технологии силового СВС-компактирования при использовании механически активированных реакционных смесей.

Публикации. По материалам диссертации имеется 20 публикаций, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах и журналах из перечня ВАК, 11 тезисов и докладов в сборниках трудов конференций, а также 2 ноу-хау:

1 Kurbatkina V.V., Levashov Е.А., Patsera E.I., Kochetov N.A., Rogachev A.S. Combustion and Structure Formation in the Mechanoactivated Cr-B System // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2008. Vol. 17. No. 3. P. 189-194.

2 Левашов E.A., Курбаткина B.B., Рогачев A.C., Кочетов H.A., Пацера Е.И., Сачкова H.B. Особенности горения и структурообразования в системе Ti-Ta-C // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2008. №2. С. 25-35

3 Levashov Е.А., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A., Patsera E.I., Sachkova N.V. Characteristic Properties of Combustion and Structure Formation in the Ti-Ta-C System // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2008. Vol. 49. No. 5. P. 404-413

4 Курбаткина B.B., Левашов E.A., Пацера Е.И., Кочетов H.A., Рогачев A.C., Исследование макрокинетических характеристик процессов горения предварительно механически активированных реакционных смесей Cr-B и Cr-Ti-B // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. № 6. С. 611-619

5 Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Пацера Е.И., Погожев Ю.С., Рупасов С.И.,

Рогачев А.С. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез перспективных керамических материалов для технологий осаждения функциональных наноструктурных покрытий // Известия вузов. Цветная металлургия. 2010. № 5. С. 27-53

6 Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Зайцев А.А., Рупасов С.И., Пацера Е.И., Чернышев А.А., Зубавичус Я.В., Велигжанин А.А. Структура и свойства дисперсионно-твердеющих керамических материалов в системах Ti-Zr-C и Ti-Ta-C // Физика металлов и металловедение. 2010. т. 109. №1. С. 102-112

7 Patsera E.I., Kurbatkina V.V., Levashov Е.А., Kochetov N.A., Rogachev A.S. and Umarov L.M. SHS in mechanically activated Cr-B and Ti-Cr-B blends: Role of gas-transport reactions // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2012. Vol. 21. №2. P. 110-116,

8 Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Patsera E.I., Rupasov S.I., Zaitsev A.A., Zubavichus Ya., Viligzhanin A. Promising Dispersion Hardening Ceramic Materials Produced by SHS // Proceedings of the 3rd Vienna International Conference Nano-Technology /Edited by Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bratz, Prof. Dipl-Ing Dr. Fridrich Franek. 18-20 March, 2009. Vienna, Austria. P. 467-471

9 Patsera E.I., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A. Combustion and Structure Formation in the Mechanoactivated Cr-B System // Book of Abstracts of the 10th International Symposium on Self-propagating High-Temperature Synthesis. Tsakhkadzor, Armenia. 6-11 July, 2009. P. 104-105

10 Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A., Patsera E.I. Peculiarities of SHS in Ti-Ta-C Based Mixtures Characterized by Two Combustion Mechanisms // Book of Abstracts of the 10th International Symposium on Self-propagating High-Temperature Synthesis. Tsakhkadzor, Armenia. 6-11 July, 2009. P. 56-57

11 Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Kurbatkina V.V., Patsera E.I. Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Ceramic Materials Based on Mn+lAXn -Phases in Ti-Cr-Al-C System // Book of Abstracts of the 10th International Symposium on Self-propagating High-Temperature Synthesis. v

Tsakhkadzor, Armenia. 6-11 July, 2009. P. 56-57

12 Patsera E.I., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A. Effect of Mechanical Activation on Combustion and Structure Formation in Cr-B System // Book of Abstracts of the 3rd Int. Conference "Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies" (FBMT-2009). Novosibirsk. 27-30 May, 2009. P. 110

13 Patsera E.I., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A. The Combustion and Structure Formation in the Mechanoactivated Ti-Cr-B Mixture // Book of Abstracts of the XI Int. Symposium of Self-Propagating High Temperature Synthesis (SHS-2011). Anavyssos, Attica, Greece. 5-9 September 2011. P. 63

14 Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Patsera E.I., Rupasov S.I. Mechanical Activation Assisted SHS of AX-Phases CrxTi(2-x)AlC. // Book of Abstracts of the XI Int. Symposium of Self-Propagating High Temperature Synthesis (SHS-2011). 5-9 September 2011. Anavyssos, Attica, Greece. P. 178-179

15 Пацера Е.И., Левашов E.A., Курбаткина B.B., Кочетов Н.А. Получение керамических материалов в системе Ti-Cr-B методом СВС-компактирования из предварительно механически активированной шихты // Сборник материалов IV Всероссийской конференции по наноматериалам НАНО-2011. Москва. 01-04 марта 2011. С. 70

16 Левашов Е.А., Пацера Е.И., Курбаткина В.В., Рогачев А.С. Роль газотранспортных реакций в осуществлении СВС- процесса в системах Cr-B, Ti-Cr-B, Мо-В // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Волгоград, 25-30 сентября 2011 г. Том 2: Химия и технология материалов, включая наноматериалы. С. 405.

17 Рупасов С.И., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Пацера Е.И. Особенности процесса МА-СВС в системе Ti-Cr-Al-C при получении материалов на основе МАХ- фаз // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Волгоград. 25-30 сентября, 2011 г.

Том 2: Химия и технология материалов, включая наноматериалы. С. 542

18 Patsera E.I., Levashov Е.А., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A. Gas-Transport Reactions in Mechanoactivated Cr-B and Ti-Cr-B systems // Book of Abstracts- Int. Conference on "Nonisothermal Phenomena & Processes: From Thermal Explosion Theory to Structural Macrokinetics'VDevoted to the 80th Birthday of Academician A.G. Merzhanov. Chernogolovka. 27-30 November, 2011. p.103-104

19 Левашов E.A., Курбаткина B.B., Пацера Е.И., Новиков А. В. Ноу-хау: Технологические режимы получения композиционных керамических материалов (мишеней) на основе титан-танталового карбида методом СВС-компактирования из предварительно активированных шихтовых смесей. Зарегистрировано в Депозитарии ноу-хау Отдела защиты интеллектуальной собственности № 21-164-2012 ОИС от «1» октября 2012 г.

20 Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Пацера Е.И., Новиков А. В. Ноу-хау: Технологические режимы получения композиционных керамических материалов (мишеней) на основе боридов хрома и титана методом СВС-компактирования из предварительно активированных шихтовых смесей. Зарегистрировано в Депозитарии ноу-хау Отдела защиты интеллектуальной собственности № 20-164-2012 ОИС от «1» октября 2012 г.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных источников и 5 приложений. Диссертация изложена на 202 страницах, содержит 48 таблиц, 71 рисунок, 26 формул. Список использованной литературы содержит 123 источника.

Заключение диссертации по теме «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Пацера, Евгений Иванович

3.6 Выводы по главе

1. Изучено влияние МА на структуру и свойства стехиометрической смеси состава 70,6%Сг- 29,4%В. Показано, что в результате МА возрастает скорость тепловыделения и реакционная способность смеси за счет измельчения частиц хрома, уменьшения областей когерентного рассеяния, увеличения плотности дефектов структуры и дислокаций. Определены режимы МА, при которых количество выделяющегося тепла и скорость тепловыделения максимальны. Предварительная МА повышает скорость горения при практически неизменной температуре горения, не зависящей от начальной температуры Т0.

2. Впервые установлен необычный квазиавтоколебательный режим распространения волны СВС, который проявляется только в случае горения сильно активированной шихты. Определены лимитирующие стадии взаимодействия хрома с бором. Показано, что при увеличении содержания кислорода в шихте в процессе МА возрастает роль газотранспортного переноса бора к поверхности хрома, эффективная энергия активации реакции горения снижается на 29 кДж/моль, а лимитирующей стадией химического взаимодействия хрома с бором является реакционная диффузия.

3. Изучен механизм фазо- и структурообразования боридов хрома в МА шихте Сг-29%В. Показано, что глубина протекания стадий химических реакций СгВ —> СГ3В4 —> СгВ2 находится в прямой зависимости от времени МА.

4. Определены оптимальные режимы силового СВС-компактирования мишеней на основе СгВ2 из предварительно активированной шихты. Разработана техническая документация на технологию получения мишеней СгВ2 размером 125 мм и относительной плотностью 95%. Изучены их свойства: твердость, жаростойкость.

ГЛАВА IV ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ Ti-Cr-B

4.1 Термодинамическая оценка возможности получения композиционных керамических материалов в системе Ti-Cr-B методом СВС.

Как и в предыдущей главе, перед проведением экспериментальных исследований с помощью программы Thermo была рассчитана адиабатическая температура горения (Tad) и равновесный состав фаз сплавов при этой температуре (таблица 22). Также было определено агрегатное состояние продуктов реакции (s-твердое, 1 - жидкое) при адиабатической температуре.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пацера, Евгений Иванович, 2012 год

1. Collings E.W. The Physical Metallurgy of Titanium Alloys. American Society for Metals. 1984. 261 p.

2. Стормс Э. Тугоплавкие карбиды, пер. с англ. М.: Атомиздат. 1970г. 304 с.

3. Холлек X. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов. Пер. с нем. М.: Металлургия. 1988. 319 с.

4. Гольдштейн М.И., Литвинов B.C., Бронфин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавом. М.: Металлургия. 1986. 310 с.

5. Pearson W. A Handbook of Lattice Spacings and Structures of Metals and Alloys. Pergamon Press. 1964. 1044 p.

6. XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. В 4 т. Т. 2: тез. Докл. Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ. 2011. 704 с.

7. Крупин А.В., Чернышев В.Н., Козерадский С.А. Теория и технология обработки давлением композиционных материалов, раздел: Признаки, классификация и принципы упрочнения композиционных материалов. М.: «МИСИС». 1990г. 104с.

8. Анциферов В.Н., Бездудный Ф.Ф., Белянчиков Л.Н. и др. Новые материалы /. Под ред. Ю.С. Карабасова. М.: МИСиС, 2002. 736 с.

9. Портной К. И., Салибеков С. Е., Светлов И. Л., Чубаров В. М. Структура и свойства композиционных материалов. М.: Машиностроение. 1979. 255с.

10. Левашов Е.А., Штанский Д.В. Биосовместимые наноструктурные покрытия для медицины. // Ежеквартальный международный журнал «Информация и инновации». 2007. №1. с. 63-64

11. Ворошнин Л.Г., Шматов А.А., Хина Б.Б., Башлак С.Д. Многокомпонентные диффузионные карбидные покрытия на железоуглеродистых сплавах: монография. Минск: БНТУ, 2007. 469 с.

12. Штанский Д.В., Башкова И.А., Левашов Е.А., Чипышева Т.А., Васильев Ю.М., Глушанкова Н.А. Многофункциональные наноструктурные173покрытия для имплантатов, работающих под нагрузкой. // Доклады РАН, 2005, том 404, №2, стр 336-338

13. Патент РФ № 2281122 от 30.06.2005 Биосовместимые многокомпонентные наноструктурные покрытия для медицины. Левашов Е.А., Штанский Д.В., Глушанкова Н.А, Решетов И.В.

14. Штанский Д.В., Левашов Е.А., Башкова И.А., Глушанкова H.A., Решетов И.В. Новое поколение биосовместимых наноструктурных покрытий для имплантатов. // Технологии живых систем. 2005. т. 2. № 4-5. С. 7-18

15. Батаев А.А, Батаев В.А Композиционные материалы: строение, получение, применение: Учеб. Пособие. М.: Университетская книга; Логос. 400 с.

16. Елютин В.П. Костиков В.И., Лысов Б.С. Высокотемпературные материалы. Ч II. Получение и физические свойства высокотемпературных материалов. М.: Металлургия. 1973. 464 с.

17. Пирсон У. Кристаллохимия и физика металлов и сплавов. М.:Мир. 1977. 471 с.

18. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: Учеб.пособие для вузов. М.:МИСИС. 1994. 357 с.

19. Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. Бориды. М.: Атомиздат. 1975. 356 с.

20. Диаграммы состояния двойных металлических систем: В 3 т. : Справочник / Ред. Н. П. Лякишев. М. : Машиностроение. 1999 .

21. Свойства неорганических соединений: Справочник. / А.И. Ефимов и др

22. Л.: Химия, 1983 стр. 210-211

23. Косеико В.А. Исследование условий получения некоторых физико-химических свойств боридов платиноидов. Автореф. дис.Канд. техн. дис./ ИПМ АН УССР. Киев. 1971. 19 с ,

24. Левашов Е.А.,. Рогачев А.С, Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: учеб. пособие. М.: Изд. Дом МИСиС. 2011. 377 с.

25. Гинзбург В. Л., Андрюшин Е. А. Сверхпроводимость. М.: Альфа-М, 2006. 112 с

26. Физические величины: справочник/ под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат. 1991. 1232 с.

27. Самсонов Г.В., Упадхая Г.Ш., Нешпор B.C. Физическое металловедение карбидов. Киев: Наукова думка, 1974. 454 с.

28. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана Получение, свойства, применение. М.: Металлургия, 1987

29. Ewerhart J., "Materials and Methods", 1956, Vol. 44, No 5.

30. Самсонов Г.В., Марковский Л Я,. Жигач А. Ф, Валяшко М.Г. Бор его соединения и сплавы. Киев. изд. АН УССР. 1960. 590 с.

31. Гессингер Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов.-Челябинск: Металлургия. 1988. 320 стр.

32. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии, т. 2. М.: МИСиС, 2001. 320 стр.

33. Шатт В. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы. М.: Металлургия, 1983. 318 стр.

34. Панов В. С., Чувилин А. М., Фальковский В. А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС. 2004. 462 с.

35. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана. Получение, свойства, применение М.: Металлургия. 1987. 216 с.

36. Попович Ф.Ф. Механохимический синтез тугоплавких соединений.

37. Владивосок: Изд-во ДВГТУ. 2003. 201 с.

38. Ружицкая Е.В., Рева В.П., Арестов О.В., Седых A.B. Исследование механо-химической технологии получения порошковой композиции для карбидостали // Вологдинские чтения. 2004. № 38-1. С. 214-216.

39. Аксенов A.A. Оптимизация состава и структуры композиционных материалов на алюминиевой и медной основе, получаемых жидкофазными методами и механическим легированием : дис. . д-ра техн. наук : Москва, 2007 387 с.

40. Гольдшмидт X., Сплавы внедрения, пер. с англ. в. 1-2. М.: Мир 1971. 423 с.

41. Тот JL, Карбиды и нитриды переходных металлов, пер. с англ. М.: Мир. 1974. 296 с

42. Высокотемпературные карбиды / под ред. Г. В. Самсонова. Киев: Наук, думка. 1975. 194 с

43. Карбиды и сплавы на их основе / под ред. Г. В. Самсонова. Киев: Наук, думка 1976. 305 с.

44. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений, Справочник / под ред. Т. Я. Косолаповой. М.: Металлургия, 1986. 928 с.

45. Левашов Е.А., Рогачев A.C., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические и технологические основы СВС. М.: БИНОМ, 1999. 176 с.

46. Мержанов А.Г. «40 лет СВС: счастливая судьба научного открытия». Г.Черноголовка, ИПХФ РАН. 212 с.

47. Блошенко В.Н., Бокий В.А., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Самоочистка СВС-карбида титана от примесного кислорода // Физика горения и взрыва. 1984. №6. с. 90-94.

48. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пособ. / Под научной редакцией В.Н. Анциферова. М.: Машиностроение-1. 2007. 567 с.

49. Мержанов И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

50. Физическая химия. Современные проблемы. М.: Химия, 1983. с.6-44.

51. Боровинская И.П. Образование тугоплавких соединений при горении гетерогенных конденсированных систем // Горение и взрыв. М.: Наука, 1977. с.138-148.

52. Мержанов А.Г., Мукасьян А.С. Твердопламенное горение. М.: ТОРУС ПРЕСС. 2007. 336 с.

53. Holt J.В, Munir Z.A. Combustion Synthesis Of Titanium Carbide Theory And Experiment // Journal Of Materials Science 1986. Vol: 21. P.: 251-259

54. Шкиро B.M., Нерсисян Г.А., Боровинская И.П. Исследование закономерностей горения смесей тантала с углеродом // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14. № 4. С.: 58-64.

55. Knyasik V.A., Shteinberg A.S. High-Temperature Interaction in the Ta-C System under Electrothermal Explosion Conditions. // Journal of Materials Synthesis and Processing. 1993. Vol.1. No.2. P.: 85-92

56. Xue H., Munir Z.A. Field-activated combustion synthesis of TaC // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1996. Vol. 5, No. 4. P.: 229-239.

57. Kim Т., Wooldridge M. S Burning Velocities in Catalytically Assisted Self-Propagating High-Temperature Combustion Synthesis Systems // Journal of the American Ceramic Society. 2001. Vol. 84. No 5. P.: 976-982.

58. Kim Т., Wooldridge M. S. Catalytically Assisted Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Tantalum Carbide Powders // Combustion and Flame. 2001 Vol. 125 N: 1-2 P.: 965-973

59. Merzhanov A.G., Rogachev A.S., Mukas'yan A.S., Khusid B.M., Borovinskaya I.P., Khina B.B. The Role Of Gas-Phase Transport In Combustion Of The Tantalum-Carbon System // Journal of engineering physics. 1990. Vol. 59. N 1, P.: 809-816

60. Боровинская И.П., Вишнякова Г.А., Маслов B.M., Мержанов А.Г. О возможности получения композиционных материалов в режиме горения В сб.: //Процессы горения в химической технологии и металлургии.

61. Черноголовка. 1975. С.: 141-149.

62. Мержанов А.Г., Боровинская И.П., Юхвид В.И., Ратников В.И. Новые методы получения высокотемпературных материалов, основанные на горении // В книге Научные основы материаловедения. М.: Наука. 1981. С.: 193-206.

63. Епишин K.JI. Закономерности и механизм физико-химических превращений при силовом СВС-компактировании: Дисс. канд.техн. наук. Черноголовка, 1987. 177 с.

64. Боровинская И.П., Качин А.Р., Левашов Е.А., Мальцев В.Н., Мержанов

65. A.Г., Писковский С.В. Влияние ультразвукового поля на закономерности СВС-наплавки на основе титано-хромового карбида. // Черноголовка. Препринт. 1986. 25 с.

66. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1986. 305 с.

67. Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Combustion of heterogeneous nanostructural systems. // Combustion Explosion And Shock Waves. 2010 Vol.: 46. N: 3 P.: 243-266

68. Korchagin M. A., Lyakhov N. Z. Self-propagating high-temperature synthesis in mechanoactivated compositions // Russian Journal Of Physical Chemistry

69. B. 2008. Vol.: 2 N: 1 P.: 77-82

70. Левашов E.A., Курбаткина B.B., Колесниченко K.B. Закономерности влияния предварительного механического активирования на реакционную способность СВС-смесей на основе титана.// Известия вузов. Цветная металлургия. 2000. № 6. С.: 61 67.

71. Korchagin M.A., Grigorieva T.F., Barinova A.P., Lyachov N.Z The effect of mechanical treatment on rate and limits of the combustion in SHS process// International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis 2000. Vol.9. N 3. P.: 307-320.

72. Maglia F., Anselmi-Tamburini U., Deida C., Delogu F., Cocco G., Z. A. Munir. Role of mechanical activation in SHS synthesis of TiC // Journal Of Materials Science 2004. V. 39, P.: 5227-5230.

73. Хайнике Г. Трибохимия. Пер. с англ. М.: Мир, 1987. 584 с.

74. Бушуев Л.П. Теоретическое и экспериментальное исследование движения материала в рабочей камере планетарной центробежной мельницы. Дисс. . канд. техн. наук. М. 1960. 210 с.

75. Жарков Г.П. Исследование процессов загрузки и измельчения материала в планетарных мельницах. Дисс. . канд. техн. наук. М.: 1968. 200 с

76. Шелехов Е.В., Приписнов О.Н., Рупасов С.И. Анализ тонкой кристаллической структуры а-Cr при механической активации смеси хром-углерод // Известия вузов. Цветная металлургия. 2001. № 1. С.: 2933.

77. Ермилов А.Г., Сафонов В.В., Дорошко Л.Ф. и др. Оценка доли запасённой при предварительной механической активации энергии с помощью рентгенографии // Известия вузов. Цветная металлургия. 2002. № 3. С. 48-53

78. Benjiamin J. S., Volin Т.Е. The mechanism of mechanical alloying // Metallurgical and Materials Transactions В 1974. Vol. 5, No. 8. p.1929-1934

79. Benjiamin J. S., Gilman P. S. Mechanical alloying // Annual Review of Materials Science. 1983. Vol. 13: P.: 279-300

80. Gaffet E., Bernard F., Niepce J-C., Chariot F., Gras C., le Caer G., Guichard J-L., Decroix P., Mocellin A., Tillement O. Some recent developments in mechanical activation and mechanosythesis// Journal of Materials Chemistry. 1999. Vol.9. P.: 305-314

81. Егорычев K.H., Курбаткина B.B., Левашов E.A. Перспективы механического активирования низкоэкзотермических смесей в СВС композиционных материалов. Известия вузов. Цветная металлургия, 1996. № 6. С.: 49-52

82. Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. Новосибирск: Параллель. 2008. 168 с.

83. Черкашина Н.В., Недоумов Н.А., Шамрай Ф.И. Некоторые данные о сплавах системы титан-хром-бор // Журнал неорганической химии. 1960. № 9. С.: 2025-2031

84. Post, В., Glaser, F.W., Moskowitz, D. Transition Metal Diborides // Acta Metall. 1954. Vol. 2 P.: 20-25.

85. Mossino P. Some aspects in self-propagating high-temperature synthesis // Ceramics International. 2004. Vol. 30. № 3. P.: 311-332.

86. Рогачев А.С., Мукасьян А.С., Мержанов А.Г. Структурные превращения при безгазовом горении систем титан-углерод и титан-бор. // Доклады академии наук. 1987. т.297. № 6. С. 14-25

87. Харатян С.Л. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез:теория и практика. Черноголовка, Территория. 2001. С.: 157-215

88. Shcherbakov V. A., Sychev A. E. and. Shteinberg A. S Outgassing macrokinetcs in SPS // Combustion, Explosion, and Shock Waves 1986 Vol. 22. No.4. P.: 437-443

89. Сырье для процессов CBC. Аннотированный справочник. // Выпуск 1 МНТК «Термосинтез». ИСМ АН СССР, Черноголовка, 1991, 157 с.

90. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера. 2004. 384 с.

91. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин Ф. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в двух книгах. Пер. с англ. М.: Мир. 1984. 303 с.

92. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия. 1982. 635 с.

93. Фетисов Г.В Синхротронное излучение. Метолы исследования структуры вещества. М.: Физматлит, 2007. 672 с

94. Larson А.С.,. Von Dreele R.B, General Structure Analysis System (GSAS) // Los Alamos National Laboratory Report LAUR. 2004. P. 86-748.

95. Hammersley, A. P. ESRF Internal Report, EXP/AH/95-01, FIT2D. V5.18. Reference Manual. VI.6. 1995.

96. Toby B.H., EXPGUI, a graphical user interface for GSAS. // Journal of Applied Crystallography. 2001. Vol. 34 P.: 210-213.

97. OriginalLab Corporation, MicroCAL Origin. V.7.0. Getting Started Manual. V7.5. 2003.

98. Мержанов А.Г., Боровинская И.П., Пономарев В.И. и др. Динамическая рентгенография фазообразования в процессе СВС. Доклады Академии наук, 1993 , т.328, №1, С.: 72-74.

99. Пономарев В.И, Хоменко И.О., Мержанов А.Г. Лабораторный метод динамической рентгенографии. // Кристаллография. 1995. т.40. №1. С.: 14-17 у

100. Баграмян А.Р., Мамян С.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Исследование закономерностей синтеза литых карбидов хрома в режиме горения методом численного эксперимента. Препринт, Черноголовка. 1979. 19 с.

101. Баграмян А.Р., Мамян С.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Исследование возможности образования бинарных карбидов в системе титан-хром-углерод. Препринт ОИХФ АН СССР, Черноголовка, 1980,.16 с.

102. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. М.: Металлургия. 1989. 448 с.

103. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. М.: Металлургия. 1990. 336 с.

104. Егорычев К.Н., Курбаткина В.В., Нестерова Е.Ю. Влияние механического активирования на реакции в системе Mo-Si. Известия вузов. Цветная металлургия, 1996, № 1, С.: 71-74.

105. Левашов E.A., Курбаткина B.B., Колесниченко K.B. Закономерности влияния предварительного механического активирования на реакционную способность СВС-смесей на основе титана. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2000. №. 6. С.: 61-67.

106. Boldyrev V.V., Tkasova А.К. Mechanochemistry of solids: Past, present, and prospects. J. Mater. Synth. Process., 2000, vol. 8, no. 3-4, P.: 121-132.

107. B.B. Курбаткина, K.B. Колесниченко, E.A. Левашов, И.Г. Рыбин. Изучение взаимодействия в системе Ti-Cr-C при механическом активировании в планетарной мельнице исходных шихтовых смесей. Известия вузов. Цветная металлургия, 2002, №4, с. 51-56

108. Levashov Е.А., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A. Mechanoactivation of SHS Systems and Processes // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2007. Vol. 16. No.l. P.: 46-50

109. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Справочник. М., Металлургия. 1976. С. 148

110. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Радченко В.П. Моделирование процесса прессования порошковых материалов в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.(Монография). М.: Машиностроение-1. 2005. 282 с.

111. Кубашевский О., Олкокк К. Б. Металлургическая термохимия, пер с англ. М., «Металлургия». 1982. 392 с.

112. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механохимических технологий / отв. ред. Е.Г. Авакумов.- Новосибирск: Издательство СОР АН, 2009. 343 с.

113. Григорьева Т.Ф., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Механохимический синтез в металлических системах/ отв. ред. Е.Г. Авакумов. Новосибирск: Параллель. 2008. 311 с.

114. Moulder JF, Stickle WF, Sobol PE, Bomben KD Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy / Chastain J (Ed). Eden Prairie MN. Perkin-Elmer Corporation. 1992

115. Войтович Р.Ф., Пугач Э.А. Окисление тугоплавких соединений. Справочник. М.: «Металлургия», 1978. 106 с.

116. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.: Мир. 1969. 428 с

117. Мічпени кат ¡ы предназначены дія магнетронною расны іешія (.вер^ і вер

118. ГОІІКОПДЄІЧ ЧНЬІХ ПОКрЬІТИЙ И НрН\1ЄІ1ЯЄМЬІЧ В pít"S ГИЧНЫХ О Г рае ЇЯЧ ПриЛІМШ ISHflOv U!

119. Ми леи и 10j¡ дні, і vio» гетворяіь требованиям n ^ мас іояпіей іечіююгнческон инсгр\ыиш и І У 1984-016- ! ПО 1216-2003 «Мишсіш СВС-П дія маї неіроннот раиипения ср^рчтвердыч тонкой іеітчньїч покрытии Дисковые н пдзнррные»

120. Uheip\ кния предназначена дім проишодства мишеней в ' ¡.човп*» ііраіиводеінеиииіс участка ЗЛО < í II 1С «Міг І Л .'І; І». а іакле л <я ар1 анн ацни прон îbo il ¡ на и 1 ірч ¡ ич предирня і ияч1. И 43 11 WI236 20!