Разработка способов формирования и исследование свойств оксидных и карбидных материалов

Цель исследования - разработка способов формирования и изучение свойств оксидных и карбидных материалов. Экспериментально и теоретически исследованы процессы реакционного осаждения карбидов тантала в системе Ta – C – Si – O – F. Показано, что SiO₂ оказывает существенное влияние на процесс карбидообразования. Это выражается в уменьшении эффективности переноса тантала из зоны источника в зону кристаллизации, в возможности двустороннего транспорта тантала на углерод и углерода на тантал, в усложнении состава конденсированных фаз, находящихся в равновесии с газовой фазой. Рассмотрены вопросы получения монокристаллического оксифторида тантала. Предложен состав покрытия для сверхвысокотемпературных композитов, обеспечивающий достаточную термоокислительную устойчивость при сверхвысоких температурах. Область применения высокотемпературных материалов – термонагруженные узлы летательных аппаратов и оптические устройства. Исследовано поведение частично окисленных порошков никеля и меди в условиях электроискрового спекания, при которых исходные частицы не сохраняют исходную морфологию («ядро - оболочка»), и из них формируется материал с малой остаточной пористостью. Установлено, что в случае спекания частично окисленного порошка меди восстановление оксида Cu₂O имеет место только в приповерхностном слое компакта, непосредственно контактировавшем с графитовой фольгой. С увеличением температуры спекания степень восстановления оксида Cu₂O в приповерхностном слое увеличивается. Восстановление оксида никеля происходит по всей толщине компакта. Анализ экспериментальных данных показывает, что диффузия и растворимость углерода в материале компакта играет существенную роль в процессах восстановления оксидов при электроискровом спекании частично окисленных порошков металлов в контакте с графитовой фольгой. Получены композитные керамические материалы на основе нано-α-оксида алюминия, армированные углеродными нанотрубками. Синтез материала осуществлялся путем механохимического смешивания наночастиц α-Al₂O₃ с однослойными или многослойными нанотрубками в диапазоне 0,5 - 3% масс. с консолидацией в вакууме и последующей горячей изостатической обработкой. Показано, что введение УНТ в алюмооксидную матрицу не приводит к повышению механических (твердость, прочность на изгиб) характеристик в сравнении с недопированным материалом, что связано с качеством интерфейса С-Al₂O₃. Методами дифракции с использованием «жесткого» синхротронного излучения (энергия квантов 33,7 кэВ) и CuKα-излучения дифрактометра D8 Advance, а также сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения исследовано взаимодействие в системах Ta-C-Ti, Hf-C-Ti, Ta-Hf-C, Ta-Ti-Hf-C в ходе интенсивной механической активации в высокоэнергетическом активаторе планетарного типа. Установлено, что при небольших временах активации (≤4 мин.) все системы представляют собой смеси исходных металлов, высокодисперсных смешанных карбидов и твердых растворов на основе карбидов. Увеличение времени активации до 8 мин. (система Ta-Ti-Hf-C) или до 20 мин. (системы Ta-C-Ti, Ta-Hf-C) приводит к формированию твердых растворов (Ta, Ti, Hf)C, (Ta,Ti)C, (Ta, Hf)C соответственно. В системе Hf-C-Ti при 8 мин. МА образуется смесь карбидов HfC и TiC. Изучена возможность получения изделий из плавленых карбидов методом электронно-лучевой обработки. Определены режимы электроннолучевой обработки в квазиодномерном случае. Разработаны приспособления для обезгаживания и компактирования порошка механокомпозитов тантала и гафния с углеродом.