Экспериментальное и теоретическое исследование процессов структурообразования в нано- и ультрамелкозернистых керамиках при их высокоскоростной консолидации методом «Spark Plasma Sintering»

Проведены теоретическое и экспериментальное исследование процессов высокоскоростного спекания нано- и ультрадисперсных керамических материалов, отличительной особенностью которых является неравновесное состояние межзеренных и межфазных границ. Исследованы порошки чистого оксида алюминия с различным начальным размером частиц, чистая керамика Al₂O₃, спеченная из этих частиц, а также керамики на основе оксида алюминия с добавками частиц-модификаторов и упрочняющих частиц. Для спекания керамик использована технология электроимпульсного плазменного спекания (Spark Plasma Sintering), основная идея которой состоит в высокоскоростном нагреве порошковых материалов в вакууме или инертной среде путем пропускания через графитовую оснастку импульсного тока большой мощности с одновременным приложением давления. Установка DR. SINTER model SPS-625, имеющаяся в распоряжении заявителей проекта, оснащена прецизионным дилатометром, позволяющим в on-line режиме контролировать кинетику усадки порошков в интервале скоростей нагрева от 5 до 2500°С/мин. Это позволяет моделировать процессы спекания керамик как в условиях, близких к стационарным, так и в нестационарных условиях нагрева, когда ключевую роль в уплотнении порошков играют процессы неравновесной диффузии в объеме и на границах зерен. Оптимизация режимов электроимпульсного плазменного спекания, проведенная в рамках выполнения проекта, позволила уменьшить размер зерен композита на основе Al₂O₃ до d = 0,45 мкм. Твердость полученной чистой керамики составляет Hv = 23,8 ГПа и превосходит твердостью композита производства Sandvik Coromant. Коэффициент трещиностойкости полученной керамики составляет К1с = 4,2 МПа•м1/2.