Научный отчет в целях исполнения научного исследования на тему "Разработка перспективных функциональных неорганических материалов и покрытий с участием ведущих ученых "

В данной работе объектами исследований являлись образцы новых композиционных материалов и покрытий, полученные методами самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), порошковой металлургии, импульсного электроэрозионного осаждения, магнетронного распыления, плазменно-электролитического оксидирования.Целью настоящей работы являлось проведение комплекса фундаментальных и прикладных НИР, направленных на получение значимых научных результатов мирового уровня в области моделирования, создания, структурного анализа и испытания новых видов функциональных неорганических материалов и покрытий.В результате реализации проекта достигнуты следующие результаты:1 Разработаны новые составы катодов-мишеней на основе диборида и силицида циркония, легированные алюминием. Установлены макрокинетические закономерности горения, а также стадийность фазо- и структурообразования продуктов синтеза. Изучено влияние степени разбавления инертным компонентом и начальной температуры Т0 на кинетику горения реакционной смеси Zr-Si-Al-B. Изучена стадийность химических превращений при фазо- и структурообразовании продуктов СВС. По технологии силового СВС-компактирования получена компактная керамика состава ZrB2-ZrSi-ZrSi2-ZrSiAl2. Разработаны перспективные жаростойкие композиционные материалы в системе Mo Si B (Al). Исследован процесс высокотемпературного окисления продуктов синтеза. По технологии силового СВС- компактирования и горячего прессования получена компактная керамика состава MoSi(Al)2-MoB. Изучено влияние концентрации борида молибдена и алюминия в составе продуктов синтеза на жаростойкость материалов. Изучена кинетика окисления и стадийность химических превращений в процессе высокотемпературного окисления.2 Выполнены модельные эксперименты по спеканию для изучения явления самопроизвольного плакирования алмазных зерен. Выдвинута гипотеза о механизме образования пленки на основе карбида вольфрама, заключающаяся в том, что покрытие образуется путем газотранспортного переноса оксида вольфрама к поверхности алмазных зерен, его восстановления и последующего карбидообразования. Установлены условия образования покрытия: (1) наличие затравки карбида вольфрама на поверхности алмазных зерен; (2) наличие в связке металла-катализатора, что приводит к образованию графита на поверхности алмаза, участвующего в реакциях восстановления оксида вольфрама и последующего карбидообразования. Выполнено исследование границы раздела «алмазный кристалл-пленка» методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Идентифицированы области с межплоскостными расстояниями, соответствующие алмазу, карбиду вольфрама, металлическому вольфраму, оксиду вольфрама WO3. Выполненный анализ микроструктуры пленки подтверждает гипотезу о газофазном механизме образования покрытия на алмазных кристаллах.3 Разработаны научные принципы получения инструмента из сверхтвердых материалов с оптимальными служебными характеристиками. Установлено оптимальное соотношение алмаза и кубического нитрида бора в инструменте, позволяющее достичь максимальных служебных характеристик инструмента. Кроме того, определены оптимальная концентрация наночастиц гексагонального нитрида бора и способ их распределения, позволяющие существенно изменить структуру металлической связки (уменьшение размера зерен) и повысить ее механические свойства, износостойкость, а также срок службы инструмента. С помощью разработанной компьютерной микромеханической модели, а также на основании полученных экспериментальных данных были разработаны научные принципы создания алмазного инструмента с повышенной производительностью резания и износостойкостью. Компьютерная модель позволила рассчитать оптимальную структуру металло-матричной композиционной связки и самого инструмента, описать строение углеродных нанотрубок (УНТ). Разработана модель элементарной ячейки композиционного материала с реальным расположением УНТ. Исследовано распределение напряжений Мизеса для нанотрубок цилиндрической и змеевидной формы. Проанализировано влияние формы УНТ на эволюцию структуры при разрушении. Проведена оценка влияния повышения прочности алмазоудержания на служебные характеристики алмазного режущего инструмента.4 Получены данные по влиянию содержания углерода в связках на основе кобальта на кинетику растекания расплава кобальта по поверхности карбида вольфрама. Получены образцы двух модельных сплавов с низким содержанием углерода, содержащие и не содержащие η-фазу, и два модельных сплава с высоким содержанием углерода, содержащие и не содержащие включения свободного углерода. Установлено, что модельные сплавы с низким содержанием углерода характеризуются полным смачиванием в отношении WC (краевой угол смачивания равен 0). Модельные сплавы с высоким содержанием углерода характеризуются неполным смачиванием. Краевой угол смачивания карбида вольфрама модельным сплавом, содержащим включения свободного углерода, составляет примерно 15°.