Разработка и исследование нового метода получения керамико-металлических композиционных материалов с применением горения для синтеза керамического каркаса

Керамико-металлические композиционные материалы (керметы) обладают уникальными свойствами, в первую очередь, высокой твердостью и жаропрочностью, и представляют большой интерес для применения в металлургии, машиностроении, авиа- и ракетостроении, атомной энергетике. Однако существующие технологии их получения являются энергозатратными и реализуются с применением сложного дорогого оборудования, а достигаемый уровень свойств не всегда достаточным для применения керметов. Поэтому существует настоятельная необходимость в разработке простых энергосберегающих методов получения керметов с повышенными свойствами. Применение простого энергоэффективного процесса СВС для получения керамических каркасов повышенной прочности с последующей самопроизвольной пропиткой расплавами металлов может стать основой новой технологии экономически оправданного производства керметов и способствовать созданию новых материалов для современной техники.В рамках данного проекта впервые горение будет использовано не только для синтеза керамического каркаса, но и создания условий для самопроизвольной пропитки синтезированного неостывшего каркаса с очень высокой температурой расплавом металла со значительно меньшей температурой за счет явления термоосмоса (термокапиллярной пропитки). В отличие от СВС-прессования, расплав металла получается не за счет расходования части тепла реакции СВС каркаса, что ограничивает массу расплава, а расплав готовится отдельно за счет нагрева от внешнего источника, что позволяет использовать массу расплава, достаточную для полной пропитки керамического каркаса.Выполнение проекта позволит разработать научные основы новой простой и энергоэффективной технологии получения каркасных композитов на основе тугоплавкого карбида титана TiC-Al, и МАХ-фаз Ti3AlC2-Al и Ti3SiC2-Cu с использованием СВС прочного керамического каркаса и обеспечением условий для последующей самопроизвольной пропитки расплавом металла за счет явления термосмоса. Эта технология будет учитывать многостадийность процесса формирования МАХ-фаз в условиях СВС, их реакционную способность с металлами, а также необходимость максимально полной пропитки, чтобы получить малопористый композит повышенной прочности. В результате выполнения проекта ожидаются следующие результаты:- Установлены рычаги управления пористостью, макроструктурой и микроструктурой СВС-каркасов из TiC, Ti3AlC2 и Ti3SiC2, а также их оптимизация для обеспечения условий создания наиболее качественных, прочных и малопористых композитов TiC-Al, Ti3AlC2-Al и Ti3SiC2-Cu соответственно;- Исследовано влияние температуры расплава металла и керамического каркаса, легирующих компонентов, времени задержки между окончанием горения и началом инфильтрации на макро- и микроструктура, фазовый состав композита.- Изучены закономерности процесса термоосмоса расплава металла в горячий пористый керамический СВС-каркас;- Определены плотность, пористость, микротвердость, твердость и прочность полученных композитов TiC-Al, Ti3AlC2-Al и Ti3SiC2-Cu;- Разработаны рекомендации по созданию энергосберегающей технологии получения керметов TiC-Al, Ti3AlC2-Al и Ti3SiC2-Cu с уточнением оптимальных условий (состав и марки порошков, давление прессования, состав газовой атмосферы, температура и химический состав расплава, время задержки и др.) формирования керамического каркаса и его последующей самопроизвольной пропитки расплавом металла за счет явления термоосмоса.Научная новизна проекта будет подтверждена оформлением заявки на патент на новый способ получения керамико-металлических композиционных материалов.Практическая значимость - создание каркасных (3-3) композитов TiC-Al, Ti3AlC2-Al и Ti3SiC2-Cu повышенной прочности и технологических основ их получения на основе нового метода с применением горения для синтеза пористого керамического каркаса (TiC, Ti3AlC2 и Ti3SiC2) с его дальнейшей самопроизвольной пропиткой расплавом (Al/Cu) с использованием явления термоосмоса.