Исследование зависимости механических свойств спеченных дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе системы Al – Al2O3 с наноструктурными элементами от параметров спекания, разработка физико – химических основ получения нового композиционного материала на основе системы Al – Al2O3 с повышенными технико-экономическими характеристиками

Объектом исследования являются порошковые заготовки (ПЗ), полученные из алюминиевого порошка (пудры) ПАП-2, состоящего из чешуйчатых частиц наноразмерной толщины, методы их реакционного спекания (РС) в режиме фильтрационного горения (ФГ) на воздухе, РС с использованием добавки-активатора спекания, а также их вакуумного спекания. Целью работы является разработка нанослоистого, дисперсно-упрочненного композиционного материала Al - Al2O3 с повышенными технико-экономическими характеристиками. Исследована зависимость механических свойств спеченных дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе системы al – Аl2О3 с наноструктурными элементами от параметров спекания. Разработаны физико – химические основы получения нового композиционного материала на основе системы Al – Al2O3 с повышенными технико-экономическими характеристиками. Установлено, что реакционное спекание в режиме фильтрационного горения порошковых заготовок на воздухе обеспечивает получение нанослоистого композиционного материала (кермета Al – Al2O3) с возможностью варьирования содержания оксида алюминия до 40 об %. Показано, что при реакционном спекании добавка порошка тонкомолотого натрий-силикатного стекла выступает в качестве активатора спекания порошковых заготовок из ПАП-2. Предложен механизм формирования мелкокристаллического α-Al2O3 покрытия на изделиях, основанный на реализации последовательности газотранспортных реакций взаимодействия паров Al и атомарного кислорода с образованием летучих субоксидов – AlO, Al2O и, в конечном итоге, сконденсированной фазы - α-Al2O3. Разработана технология получения антифрикционного композиционного материала (КМ) в системе Al-Al2O3-C, базирующаяся на реакционном спекании (РС) в режиме фильтрационного горения (ФГ) на воздухе порошковых заготовок (ПЗ) из ПАП-2, содержащих углеродный остаток органического компонента шихты, выполняющего функцию твердой смазки (свойства материала: плотность – 2,1 – 2,3 г/см3, прочность при изгибе – 125 – 250 МПа, HRB – 33,4, коэффициент трения – 0,17. контртело – сталь ШХ-15). С использованием ПАП-2 получен легкий, ударопрочный КМ – Al/Al2O3 (матрица) – армирующий наполнитель (ВЗР – волокна, дюралевая стружка, стальное волокно) путем РС ПЗ на воздухе. Лучшие свойства композитов: плотность 2,3 – 2,85 г/см3, трещиностойкость – 7,5 – 15 МПа• м1/2, KCU ~ 105 Дж/м2, γF ~ 103 Дж/м2. Также разработан абразивный КМ Al/Al2O3 (матрица) – зерна электрокорунда. Материал способен работать в режиме самозатачивания (плотность – 2,6 г/см3, прочность при изгибе – 40 МПа, открытая пористость – 17%). Разработаны технологии получения новых нанослоистых алюмоматричных дисперсно-упрочненных и волоконно-армированных КМ, высокопористой термостойкой керамики на основе Al2O3 при использовании в качестве исходного сырья порошка марки ПАП – 2, а также волокнистой теплоизоляции с эффективным коэффициентом теплопроводности (20 – 1000°С) 0,07 – 0,2 Вт/м•К