РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА И СПЕКАНИЯ КОМПАУНДОВ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ (НА ОСНОВЕ ОКСИДНОЙ МАТРИЦЫ), АРМИРОВАННЫХ ДИСПЕРСИОННО УПРОЧНЕННЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОНСОЛИДАЦИИ КОМПОЗИТНЫХ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ B4C + Al/Mg + NANOW

На первом этапе выполнения проекта проведен патентный поиск по всем композитам и материалам, получаемым в данной работе, а также по разрабатываемому программному обеспечению. Патентный анализ показывает, что работы по синтезу и модификации способов получения керамоматричных композитов на основе оксида алюминия, с добавлением эвтектических составов, содержащих кремнезем или оксиды редкоземельных элементов, не теряют своей актуальности в силу уникальности своих свойств. Выполнены анализ патентной ситуации в области получения новых функциональных керамоматричных композитов на основе бескислородных и оксидных керамических матриц и исследование технического уровня. Проведены: анализ литературы из 17 источников в области получения углеродных нанотрубок, допированных азотом; анализ авторских свидетельств и литературных источников в области программного обеспечения, связанного с получением керамоматричных композитов. Проведен выбор состава модификатора - добавки для матрицы композита на основе оксида алюминия, такими являются добавки эвтектических составов Al₂O₃-ZrO₂(Y₂O₃) и Al₂O₃-ZrO₂-Y₂O₃. Проведены исследования кинетических и термодинамических параметров процесса кристаллизации добавки-модификатора в матрице композита на основе оксида алюминия. Определено, что переход от рентгеноаморфной структуры оксигидратов к кристаллической структуре твердого раствора происходит при температуре ~ 900°С; в случае нарушения стехиометрии на стадии синтеза порошков оксигидратов с увеличением температуры прокаливания возрастает количество примесных фаз. Установлено, что средний размер ОКР нелинейно возрастает с увеличением температуры синтеза в диапазоне температур 900 – 1125°С, причем наибольший рост кристаллитов наблюдается в диапазоне температур от 1200 до 1250°С, зависимость среднего размера ОКР от температуры синтеза одинакова для разных эвтектических композиций при условии одинаковых параметров синтеза. Определено: для построения экспериментов, требующих оценки влияния параметров синтеза на свойства керамоматричного композита на основе оксида алюминия, принять значение Тс = 950°С. Разработан лабораторный регламент получения порошков добавок-модификаторов эвтектических составов для матриц керамических композитов методом обратного гетерофазного осаждения. Представлен метод получения УНТ, допированных азотом, путем каталитического пиролиза углеродов. Разработаны: структура функциональных подсистем ИС «Композит»; информационно-логическая модель базы данных для ИС «Композит»; даталогическая модель базы данных для СУБД MySQL; блок-схема алгоритмов основных программных модулей. Разработаны: математическая модель измельчения частиц; конечно-разностная схема, аппроксимирующая уравнение математической модели с первым порядком аппроксимации по времени и размеру; алгоритм решения уравнений математической модели. Получена структура движущих сил дробления частицы. Показано, что вероятность дробления частицы является функцией, зависящей от движущей силы дробления, от критерия Вебера. Из принципа минимума производства энтропии получена зависимость для размера, устойчивого к дроблению. Разработана математическая модель процесса импульсно-плазменного спекания, основанная на эволюции функции распределения пор по размерам на различных стадиях процесса спекания. Для каждой из стадий определены термодинамические потоки и термодинамические движущие силы этих стадий. Разработана абсолютно устойчивая неявная разностная схема со вторым порядком аппроксимации по времени и размеру поры, аппроксимирующая исходное уравнение математической модели. Проведены экспериментальные исследования морфологических и структурных характеристик исходных порошковых компонентов методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, лазерной дифракции, рентгенофазового анализа, оптимизация состава порошковой смеси и процесса консолидации исследуемых материалов путем их моделирования, а также 3D-прототипирование прессовой оснастки. В результате проведенных работ оптимизирован состав композита, состоящего из гомогенной смеси микропорошка B₄C, нанопорошка W и порошка из сплава Al/Mg (марки АМг6). Показано, что процесс уплотнения порошковых смесей определяется, в основном, содержанием Cpl наиболее пластичного материала – алюминиевого сплава АМг6. Наибольшая прессуемость порошковой смеси оптимального состава наблюдается в случае УЗ-прессования при наименьшей величине критического давления. В результате 3D-прототипирования прессовой оснастки были выявлены проблемные узлы, оптимизированы её массогабаритные и прочностные характеристики. Изготовлен 3D-прототип прессовой оснастки в масштабе 1:4 с использованием в качестве материала модели ABS-пластика двух различных цветов. Подготовлена эскизная конструкторская документация.