ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ КАРБИДА КРЕМНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦЫ МЕДНОГО ШЛАКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВОГО АБРАЗИВА ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ (заключительный)

Объектом исследования является поверхностный слой частицы медного шлака. Цель работы – проведение исследований синтеза диффузионного SiC слоя на поверхности частицы медного шлака, направленных на изучение с позиций химии твердого тела структуры, структурно-фазовых состояний, физико-химических превращений в поверхностном слое и установление взаимосвязи химических процессов с механическими свойствами с позиций протекающих физических явлений. Для исследований диффузионных процессов в работе привлекались современные методы материаловедения, физико-химического и спектрального анализа, металлографии, электронной растровой микроскопии. В ходе исследований применялись стандартизованные и оригинальные методики для проведения физико-механических испытаний, определения твердости, испытаний динамической прочности и хрупкости частицы медного шлака с диффузионным SiC слоем. Привлечение новых феноменологических моделей В.Н. Чувильдеева, Е.С. Смирнова, позволяющих с единых позиций описывать объемную диффузию в металлах и оксидах металлов, позволили выявить закономерности формирования структур в поверхностном слое частицы медного шлака при различном соотношении масс источника углерода и минерализаторов в процессе изотермической выдержки. Для описания объемной диффузии в металлах и кубических оксидах наиболее эффективны модели «пустого» и «жидкого коридорa». Основной результат заключается в демонстрации того, что диффузионные свойства принципиально разных как по структуре, так и по свойствам материалов – керамик и металлов – могут быть описаны в рамках единого подхода. В проекте принято, что процесс образования карбида кремния SiC сводится к тому, что в результате взаимодействия двух исходных твёрдых продуктов SiO2 и С образуется фаза SiС. Химическая реакция сопровождается перестройкой одной структуры в другую. В работе применялись новые методы и подходы основанные на анализе изменения энергии Гиббса для комбинаций реакций с использованием закона Кирхгофа, что позволило определить температурную схему химико-термического синтеза на поверхности частицы медного шлака диффузионного слоя карбида кремния, что будет в дальнейшем использовано при разработке требований к стадиям процесса формирования структуры диффузионного SiC слоя на поверхности абразива. Расчет значений энергии Гиббса выполнен по стандартным величинам энтальпий и энтропий образования веществ, указанных в реакции. Также в работе применялись современные методы диагностики межфазных границ, а также методы исследования взаимодействия молекул на этих границах, которые позволили определить энергетическое состояние молекул на границе раздела двух фаз и адгезионные свойства диффузионного SiC слоя частицы медного шлака с использованием данных о значениях краевого угла смачивания. В основу одного из таких методов будут положены измерения краевого угла смачивания, которые можно проводить либо непосредственно, либо – используя капиллярные явления. На основе анализа качества поверхности реза и фрактологического исследования продуктов разрушения получен важный результат об уровне сформированной прочности абразива, что позволило сделать заключение о физико-механических свойствах нового абразивного материала из шлаков медного производства с диффузионным слоем карбида кремния с оценкой абразивной способности и режущих возможностей.