Теоретическое и экспериментальное исследование физико-механических свойств гетерогенного материала на основе керамики, полученного путем управляемого лазерного воздействия

Создание новых материалов с улучшенными и управляемыми эксплуатационными характеристиками является актуальной задачей и требует наличия новых явлений и технологий на их основе. Одним из самых перспективных направлений гибких производств будущего является использование аддитивных технологий. В рамках данной технологии изготавливаются функциональные изделия на основе металлических сплавов и пластика. На сегодняшний день остро стоит вопрос повышения физико-механических свойств соответствующих функциональных изделий. При этом одной из актуальных научных проблем, стоящих перед научным сообществом, является разработка физической модели гетерогенного материала, обладающего заданным набором физико-механических свойств. Основной задачей в рамках данной проблемы является создание математической модели на базе экспериментальных данных, которая позволит предсказывать поведение формируемого материала при разных условиях нагружения. Однако для этого необходимо реалистичное понимание структурно-фазового состояния материала в объеме, что непосредственно влияет на его механические свойства. Численный анализ исследуемой системы имеет существенные трудности. Вопросы, касаемые учета микроструктуры (геометрии и физических характеристик фаз) гетерогенной среды, ее изменения и ее влияния на поведение всей системы, на данный момент представляют существенные трудности. Работа базируется на использовании оригинального подхода по созданию функционально-градиентного гетерогенного материала, предложенного и апробированного в ИТПМ СО РАН в рамках выполнения гранта РНФ № 16-19-10300. В основе подхода находится управляемое энергетическое лазерное воздействие на исходные металлические и керамические порошки, в результате чего получаются металлокерамические структуры с развитой микроструктурой, зависящие от начального состава фаз и количества подаваемой на систему энергии. В данном проекте впервые предлагается теоретическое и экспериментальное исследование физико-механических свойств гетерогенного материала на основе керамики и металлического сплава, полученного путем управляемого лазерного воздействия на основе аддитивной технологии послойного лазерного выращивания (SLM). Для исследования структурного фазового состава получаемого материала будет задействовано несколько независимых методов диагностики. В том числе впервые будет использоваться синхротронное излучение, которое позволит определить фазовый состав в объемном материале, что не позволяет сделать ни одна из известных установок другого типа. Для расчета свойств полученного материала будет разработана математическая модель гетерогенной среды на основе использования методов осреднения, включающая механические свойства и микроструктуру материала с учетом процессов, в результате которых он был получен. Комплексное теоретическое и экспериментальное исследование микроструктурных и механических характеристик образца является важной особенностью данного проекта. Из проведенного исследования будет следовать методика задания нужных исходных характеристик (начального состава фаз и количества подаваемой на систему энергии) с целью управления свойствами конечного материала. Полученные результаты могут быть полезны для развития методов предсказания свойств гетерогенных сред с развитой микроструктурой.