Разработка научных основ получения высокопрочных композитов SiC/Ti3SiC2 методом искрового плазменного спекания

Проект направлен на разработку научных основ получения новых керамических композитов на основе карбида кремния (SiC) и МАХ-фазы Ti3SiC2 c улучшенными прочностными характеристиками. Актуальность работы обусловлена развитием технологий в авиакосмической, транспортной и энергетической отраслях промышленности, что требует создания новых материалов для узлов аппаратов и конструкций, обладающих определенным набором эксплуатационных характеристик. Карбид кремния – перспективный материал с уникальным комплексом физико-химических свойств, среди которых значительная механическая прочность, сохраняющаяся при высоких температурах, устойчивость к радиации и коррозии, низкие плотность и коэффициент термического расширения, высокие показатели твердости и теплопроводности. Описанные характеристики позволяют использовать материалы на его основе для изготовления брони, теплообменников, узлов трения, фильтров кислот и литейных сплавов, деталей двигателей, конструкций атомной энергетики и других изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах и при экстремальных нагрузках. Среди недостатков карбида кремния следует отметить технологическую сложность получения материалов и изделий на его основе, что обусловлено низким коэффициентом диффузии данного соединения и высокой хрупкостью SiC-керамики, затрудняющей ее обработку. В настоящем проекте с целью снижения температуры консолидации SiC и для улучшения механических свойств предлагается подход, основанный на формировании композитов SiC/Ti3SiC2 методом искрового плазменного спекания (ИПС). В качестве исходных материалов будут использованы порошки карбида кремния и синтезированной МАХ-фазы системы Ti-Si-С, имеющей ярко-выраженную вытянутую ламинатную структуру. Получение МАХ-фазы будет осуществляться путем применения оригинальной технологии комбинированного синтеза. Будет проведено исследование влияния параметров синтеза на размер кристаллитов, фазовый состав полученного материала, будут определены его физико-механические характеристики. Главной проблемой получения материалов на основе MAX-фаз является их склонность к разложению при высоких температурах. Применение при синтезе композитов SiC/Ti3SiC2 метода искрового плазменного спекания, который характеризуется высокой скоростью консолидации порошков тугоплавких соединений, позволит минимизировать разложение фазы Ti3SiC3, тем самым сохранив высокий процент ключевого компонента в армирующей добавке. Будет проведено исследование влияния параметров ИПС и концентрации армирующей добавки (МАХ-фазы Ti3SiC2) на структурно-фазовое состояние и физико-механические свойства полученных композитов SiC/Ti3SiC2. Таким образом, в рамках проекта впервые будут установлены закономерности формирования композитов SiC/Ti3SiC2 при искровом плазменном спекании и механизмы их разрушения. Будут разработаны рекомендации по синтезу перспективных высокопрочных/трещиностойких композитов SiC/Ti3SiC2 с применением отечественных разработанных материалов.