Отчет о научно-исследовательской работе "Разработка керамики на основе тугоплавких соединений Me(IV-VI)-Si-B для осаждения защитных покрытий высокотемпературного назначения" этап 2

Целью работ в 2019 году являлось разработка состава высокотемпературной керамики, а также покрытий на основе системы Mo-Hf-Si-B. Изучены макрокинетические особенности горения смесей. Показано, что при нагреве смесей выше 420 К происходит саморазогрев за счет окисления молибдена. В смесях Mo-Si-B температура и скорость горения остаются неизменными в интервале температур Т0 от 400 до 800 К. Изучена стадийность структурно-фазовых превращений в волне горения смесей Первоначально в зоне прогрева происходит образование борида гафния HfB2 по механизму твердофазного взаимодействия с участием газотранспортной реакции. Затем в зоне горения происходит плавление кремния, растекание его по поверхности частиц Mo, Hf и B с растворением бора. По механизму реакционной диффузии кремния в молибден на границе раздела пленки с расплавом формируются зерна MoSi2, а в результате диффузии молибдена и гафния в расплав – зерна борида молибдена и гафния. В зоне вторичного структурообразования формируется равновесная структура в виде зерен MoSi2 размером до 15 мкм, окруженных прослойками MoB размером до 2-4 мкм и игольчатых зерен HfB2 размером 0,5-1 мкм. Фазовый состав продуктов, полученных по схемам совмещенного и раздельного синтеза, практически совпадает. Однако микроструктура заметно различается. В зависимости от схемы проведения СВС-процесса существенно различается структура и механические свойства керамических материалов, полученных горячим прессованием СВС-порошков. Из порошков, полученных по схеме совместного синтеза, впервые получены иерархически-организованные керамические материалы MoSi2-MoB-HfB2 с повышенной твердостью HV10 до 17,6 ГПа и пористостью менее 1 %. Методом магнетронного напыления были получены покрытия составов Mo40Si40B20 и Mo35Si60B5, легированное добавкой гафния различной концентрации. Осажденные покрытия обладали мелкозернистой структурой, высокой структурной однородностью, сплошностью и успешно выдерживали многочасовые испытания на стойкость к высокотемпературному окислению при температуре 1200 ºС. Такой тонкопленочный жаростойкий материал может быть перспективен для защиты различных ответственных деталей и узлов авиационной и ракетно-космической техники. По результатам проведенных работ опубликовано 4 статьи и сделано 3 доклада на конференциях.