Разработка научных основ получения керамико-металлических композитов с применением процесса СВС керамического каркаса МАХ-фазы карбосилицида титана и самопроизвольной пропитки расплавами легкоплавких металлов

Такие легкоплавкие металлы как олово Sn и свинец Pb с температурами плавления 232 и 327 оС соответственно являются основой сплавов между собой (баббиты), с медью (бронзы и латуни) и с алюминием, которые обладают прекрасными антифрикционными свойствами: малым коэффициентом трения скольжения и малой скоростью изнашивания сопряженной детали. Однако эти антифрикционные сплавы применимы при невысоких температурах и несущих нагрузках. Разработаны псевдосплавы и композиционные материалы, в которых более тугоплавкие пористые каркасы из стали, или сеток бронзы и латуни, или углеродных волокон пропитаны свинцом и оловом. Но и эти антифрикционные материалы имеют свои ограничения по условиям применения. Поэтому в последнее время пристальное внимание уделяется разработке новых антифрикционных композитов с каркасом из карбосилицида титана Ti3SiC2, который имеет температуру разложения 2300 оС, высокие показатели термостойкости, прочности, коррозионной и радиационной стойкости, теплопроводности, электропроводности и низкий коэффициент трения. Карбосилицид титана относится к новому классу керамических материалов – так называемым МАХ-фазам, поэтому композиты Ti3SiC2–Sn(Pb) можно отнести к керметам или МАХМЕТам. Известны результаты исследований получения композитов Ti3SiC2–Sn(Pb) одностадийными методами горячего прессования (ГП) и электроискрового плазменного спекания (SPS) из смесей порошков, а также двухстадийными методами с предварительным получением каркасов Ti3SiC2 и последующей их пропиткой расплавами Sn(Pb). Для получения каркасов используются как упомянутые методы ГП и SPS, так и методы аддитивных технологий (АТ) и химического осаждения покрытий (CVD). Очевидно, перечисленные методы ГП, SPS, АТ и CVD характеризуются большим энергопотреблением и применением сложного, дорогого оборудования.В связи с этим несомненный интерес представляет исследование возможности применения простого энергосберегающего процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для получения пористого каркаса Ti3SiC2 с высокой температурой, необходимой для последующей самопроизвольной пропитки легкоплавким расплавом Sn(Pb). Такое исследование будет проведено впервые, и его целью является фундаментальное изучение физико-химического взаимодействие пористого керамического каркаса МАХ-фазы Ti3SiC2, полученного методом СВС, с расплавами олова и сплавов олова со свинцом, и разработка подходов по созданию керамико-металлических композитов (керметов) Ti3SiC2-Sn(Pb). Для этого будут исследованы особенности формирования МАХ-фазы Ti3SiC2 в режиме горения в присутствии расплава Sn(Pb). Затем будут исследованы закономерности взаимодействия расплава Sn(Pb) с пористым каркасом Ti3SiC2 при высоких температурах (до ~2500°С) (смачивание, особенности инфильтрации, микроструктура, фазовый состав) и определение условий самопроизвольной пропитки. Наконец, будут изучены структуры и физико-механические свойства синтезированных композитов Ti3SiC2-Sn(Pb). В итоге проведенных исследований будут разработаны технологические основы применения процесса СВС для экономичного производства керметов Ti3SiC2-Sn(Pb) повышенной прочности, теплостойкости, коррозионной и радиационной стойкости, которые могут найти применение в качестве антифрикционных материалов в узлах трения, электродов в аккумуляторах и батареях, элементов радиационной защиты в атомной промышленности.