Введение к работе
5 Актуальность работы: Соединения титана с кремнием, бором и
углеродом явлшотся перспективными в связи с возрастающими
требованиями к композиционным материалам в различных отраслях
промьпшіешіости. Применение таких соединений обусловлено их
свойствами, такими, как высокие температура плавления, твердость,
жаропрочность, износо- и коррозионная стойкость. Поскольку износу и
воздействию атмосферы подвергается, в первую очередь, поверхность
изделий, то требуется создание защитных многофункциональных
износостойких, корозионно- и жаростойких покрытий. Покрытия
применяются, например, для снижения износа штампового и режущего
инструмента, защиты деталей газовых турбин.
Весьма эффективны для создания таких поверхностных слоев вакуумные ионио-плазменные технологии и, в частности, катодное распыление в разряде постоянного тока и в высокочастотном разряде. При катодном распылении в магнетронных распылительных системах высокая эффективность ионизации атомов и молекул рабочих газов и распыляемых мишеней увеличивает скорость нанесения покрытий. Состав мишеней во многом определяется составом мишеней. Традиционные способы получения композиционных и керамических мишеней характеризуются рядом серьезных недостатков, таких как: высокая остаточная пористость мишеней, избыточное содержание примесей, необходимость использования в ряде случаев дорогого и сложного оборудования.
Технология силового СВС-компактирования обеспечивает высокую плотность, химическую и структурную однородность продуктов синтеза, низкое содержание примесей благодаря явлению самоочистки в волне горения, достижение требуемых механических, тепло- и электрофизических свойств, необходимых для материала мишепи. При этом существенно снижаются материальные и энергетсг;- ские затраты.
С практической точки зрения большой интерес представляют многофазные покрытия, которые обеспечивают одновременно высокую адгезию к защищаемой поверхности с высокой твердостью и ударной вязкостью. Такие свойства покрытий достигаются при использовании для
магнетронного распыления мишеней, содержащих помимо основного соединения большой избыток реагента или инертного наполнителя. При проведении СВС в таких смесях тепла химической реакции оказывается не достаточно для протекания процесса в режиме стационарного горения.
Одним из способов интенсификшши химических реакций является механическое активирование (МА) исходных смесей. При активировании происходит, с одной стороны, накопление шихтой энергии МА, что приводит к возрастанию реакционной способности твердых веществ и увеличешпо количества выделяющегося при реакции тепла. С другой стороны, измельчеіше компонентов в процессе МА позволяет использовать в качестве исходных реагентов более доступные грубые порошки. Обычно в технологии СВС-комнактирования применяется порошок титана размером менее 100 мкм, т.е. марок ПТОМ, ПТМ, ПТС, ПТК производства НПО "Тулачермет". Применение МА позволило успешно использовать крупный порошок марки ПТХ производства Березняковского титано-магниевого комбината размером 200 мкм и выше.
Предварительное МА смесей реагентов позволило значительно расширить состав смесей и синтезируемых из них мишеней, и крут используемых исходных реагентов.
Целью работы являлось:
-
Экспериментальное определение степени влияния режимов МА исходных реагентов на реакциошіую способность, состав, структуру и свойства смесей Ti-Si, Ti-B, Ti-Si-C, Ti-B-Si, Ti-B-C.
-
Исследование влияния режимов МА на состав, структуру и свойства композициоштых СВС-мишеней на основе карбида, боридов и силицидов титана.
-
Разработка СВС-технологии производства мишеней с применением предварительного механического активирования смесей.
Научная новизна:
1. Предложен метод оценки вклада механического активирования
в снижение энергии активации ггроцесса горения с использованием данных высокоскоростной каллориметрии.
-
Впервые проведены комплексные экспериментальные исследования влияния МА на удельную поверхность, температуру начала теплового взрыва и скорость тепловыделения в двойных Ti-Si и Ti-В и тройных Ti-Si-C, Ti-Si-B, Ti-B-C системах. Установлено, что добавление к титану одновременно двух поверхностно-активных веществ ускоряет процесс накопление энергии МА. Показано, что МА вносит существенный вклад в повышение реакционной способности СВС-смесей. Максимумы на зависимостях тепловыделения и скорости тепловыделения от продолжительности МА соответствуют максимальным значениям удельной поверхности смесей.
-
На примере системы Ti-Si проведена оценка величины избыточной (вследствие МА) энтальпии образования продуктов синтеза. В активироващіьк смесях, содержащих J 8 и 26% кремния тепловыделение увеличивается на 0,9 - 1,4 кДж/г.
-
Изучено влияние параметров МА на структуру н свойства мишеней различного состава в системах Ti-Si, Ti-B, Ti-Si-C. Определены оптимальные режимы МА.
Практическая значимость: Разработана технологическая схема получения композиционных СВС-мишеней на основе боридов, силицидов и карбида титана. Показано, что полученные образцы отвечают требованиям, предъявляемым к мишеням для магнетронного распыления.
Публикации и апробация: По теме диссертации опубликовано 5 работ, основные результаты представлены на V Международном симпозиуме по СВС.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников, включающего ПО наименований и приложения. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 49 рисунков.