Фундаментальные основы материалообразующих процессов горения и взрыва для создания перспективных композиционных материалов функционального и конструкционного назначения

Актуальность разработки новых высококачественных композиционных материалов, способных успешно функционировать в экстремальных условиях (высокие температуры, термоудар, воздействие агрессивных и абразивных сред) связана с возрастающей востребованностью их промышленностью. Для создания материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками перспективно использовать методы, основанные на воздействии горения и взрыва, позволяющие получать тугоплавкие, износостойкие, коррозионностойкие и трудносвариваемые композиционные материалы, обладающие заданными физико-механическими характеристиками. Исследование изменений структуры и физико-механических свойств металлических сплавов, вызванных деформацией и образованием полос локализованной деформации, в частности иглоподобного вида откольной повреждаемости при взрывных нагружениях в слоистых металлических материалах позволит прогнозировать их рабочие характеристики. Исследование эволюции напряженно-деформированного состояния слоистых металлических композитов неразрушающими методами контроля позволит выявить закономерности изменения уровня напряжений и распределения зон их концентрации в материале, что, в свою очередь, обеспечит повышение конструкционной прочности и долговечности оборудования. В сильных ударных волнах химические реакции, приводящие к синтезу композитных материалов, происходят при высоких давлениях и температурах в течение нескольких миллисекунд. Чрезвычайно высокие скорости химических реакций могут привести к формированию материалов с новой микроструктурой и уникальными свойствами. Среди большого разнообразия соединений, которые могут быть синтезированы с помощью импульсно-детонационного метода, будет рассмотрена легированная закись меди Cu2O в связи с неизученными фундаментальными аспектами, касающимися модификации электронных свойств и ее важной ролью в развитии новых технологий (производство фотоэлектрической энергии, фотоэлектрохимическое расщепление воды и др.). Керамика из твердых растворов на основе нитрида кремния имеет широкое применение в различных областях техники (огнеупорные и конструкционные материалы для металлургии и химической промышленности, высокопрочный инструмент для металлообработки, подшипники и др.). Самораспространяющийся высокотемпературный синтез, основанный на фильтрационном горении в азоте высокого давления, является одним из наиболее перспективных методов получения высококачественного порошкового сырья для получения сиалонов. При расширении технологических возможностей самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для решения задач прямого получения изделий из керамических и металлокерамических материалов возникла необходимость создания новых технологических методов, сочетающих процессы горения и высокотемпературное сдвиговое деформирование при воздействии на продукты горения внешним давлением. Начиная с 1984 г., были разработаны методы СВС-экструзия, СВС-измельчение, СВС-штамповка и свободное СВС-сжатие Разработанные технологические процессы получения изделий являются разновидностью in situ-процессов, поскольку они позволяют получать компактные композиционные материалы на основе тугоплавких неорганических соединений и изделия из этих материалов в одну технологическую стадию в одной установке, не разделяя эти процессы в пространстве и во времени. Перспективность использования этих методов обусловлена возможностью за десятки секунд (вместо часов, как в порошковой металлургии) проводить синтез материала из порошков исходных компонентов и формовать изделие заданного размера и формы. Эти методы позволяют получать компактные композиционные материалы на основе тугоплавких неорганических соединений, минуя стадию получения порошков и длительные стадии размола. Развитие фундаментальных и прикладных исследований процессов СВС в сочетании со сдвиговым деформированием будет способствовать созданию новых передовых технологических подходов и приемов получения изделий из тугоплавких неорганических материалов. Использование многокомпонентных составов химических систем обусловлено формированием твердых растворов, составляющих основу сверхтвердых керамических композитов. Актуальность планируемых исследований связана с разработкой эффективного одностадийного способа получения многокомпонентных сверхтвердых керамических композитов, включающего экзотермический синтез в режиме электротеплового взрыва (ЭТВ) и консолидацию многокомпонентного целевого продукта в условиях квазиизостатического сжатия, что позволит значительно увеличить качество и производительность получения керамических композитов. Изучение влияния состава реакционной смеси, квазиизостатического сжатия и мощности электрического нагрева на параметры ЭТВ, а также на фазовый состав, микроструктуру и физико-механические характеристики композитов позволит разработать научно-обоснованный подход для выбора оптимальных условий получения методом электротеплового взрыва под давлением супертвердых композитов. Установление закономерностей влияния материалообразующих процессов горения и взрыва на структурообразование, физико-механические свойства, эксплуатационные характеристики новых металлических, керамических и композиционных материалов, износостойкие, коррозионностойкие и трудносвариваемые сплавы, порошковые наноматериалы с уникальными свойствами. Исследование особенностей и условий образования структуры переходных зон в многослойных металлических материалах функционального и конструкционного назначения, сформированных воздействием различных технологических процессов. Изучение физико-химических, материаловедческих и реологических аспектов получения материалов и изделий из порошков тугоплавких соединений в процессах горения, реализующих условия сочетания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и высокотемпературного деформирования. Разработка фундаментальных основ энергосберегающей технологии получения керамических композиционных материалов в условиях синтеза в режиме электротеплового взрыва с субмикро- и наноструктурой на основе тугоплавких соединений, обладающих высокой твердостью, теплопроводностью и стойкостью к окислению.