Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Процессы консолидации, межфазное взаимодействие и свойства трансформационно-упрочняемой циркониевой керамики Севастьянова, Ирина Геннадьевна

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Севастьянова, Ирина Геннадьевна. Процессы консолидации, межфазное взаимодействие и свойства трансформационно-упрочняемой циркониевой керамики : диссертация ... доктора технических наук : 05.16.06.- Пермь, 2000.- 250 с.: ил. РГБ ОД, 71 01-5/244-5

Введение к работе

Актуальность работы. Расширение рынка керамических материалов обусловлено не яько их уникальным комплексом свойств, сочетающим в себе высокую износостойкость, ючность, химическую стойкость, возможность формоизменения в режиме сверхпластиче-:ой деформации, но и предпосылками предотвращения угрозы сырьевого дефицита и реше-ія экологических проблем, перспективностью и гибкостью технологических приемов, по-юляющими увеличить потенциальные ресурсы материалов и соответствовать запросам но-;йших научно-технических разработок. Анализ развития мирового производства керамиче-ак материалов показывает, что общий объем производства перспективной керамики в 980 году оценивался в 3 млрд. долл., в 1995 году в 5 млрд. долл, а к 2000 году составил до 0-50 млрд. долл.

D этих условиях особую актуальность приобретают работы по созданию, исследованию внедрению новых оксидных керамических материалов, к числу которых можно отнести ерамику на основе частично стабилизированного диоксида циркония с высоким потенииа-ом вязкости разрушения и реализацией эффекта сверхпластичности.

Возможные пути улучшения имеющихся и придания качественно новых свойств керамическим материалам заключаются в совершенствовании существующих и разработке перфективных методов синтеза сверхтонких порошков, подоходов и принципов структурного дазайна, технических решений управления агломератной структурой исходных продуктов и гористой структурой порошковых компактов.

Настоящая работа является результатом теоретических и экспериментальных исследований автора в области порошковых технологий и выполнена в соответствии с научно-технической программой 'Исследования, разработка и применение альтернативных технологий и создание новых материалов, устройств и технических решений специального назначения", утвержденной приказом № 187 ДСП ГК РСФСР по делам науки и высшей школы от 12.03.91 г.; научно-технической программой "Проведение фундаментальньпс и прикладных исследований в области порошковой металлургии при создании новых функциональных материалов", утвержденной приказом № 190 Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ от 15.11.91 г.; подпрограммой "Новые материалы" федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения" на 1996-1998 гг., утвержденной Государственным комитетом по высшему образованию 16.12.95 г.; межвузовской научно-

технической программой "Исследования в области порошковых технологий", утвержденной приказом № 390 ГК Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ от 30.06.92 г.; проектом государственной научно-технической программы России "Новые материалы", утвержденным приказом № 1052 Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ от 3.09.92 г.; грантом по фундаментальным исследованиям в области металлургии на 1996-1997 гг. в рамках государственной научно-технической программы 'Новые материалы", утвержденным 17.12.95 г. Государственным комитетом РФ по высшему образованию.

Цель работы. Создание научных основ и технологии получения материалов из моди-фицированых ультраднсперсных порошков (УДП) на основе частично стабилизированного Z1O2 со свободной от собирательной рекристаллизации и аномального роста зерна структурой, контролируемыми полиморфными превращениями, протекающими при термических и механических нагрузках, и повышенной энергоемкостью разрушения.

В соответствии с указанной целью в работе были поставлены следующие задачи:

  1. Установить закономерности формирования ультрадисперсных продуктов с метаста-бильным тетрагональным состоянием и рекомендовать оптимальные условия синтеза низко-агломерируемых многокомпонентных оксидных систем.

  2. Изучить влияние лазерного излучения на модифицирование и формирование поверхности и фазового состава керамических УДП.

  3. Исследовать кинетику уплотнения, формирование микроструктуры, механизмы фа-зообразования и диффузионного массопереноса в условиях активированного спекания и предложить возможные пути регулирования структурных изменений при получении материалов из модифицированных УДП с плотностью, близкой к теоретической.

  4. Установить влияние фазового состава и структуры на свойства и разработать научные и технологические основы получения материалов на основе частично стабилизированного ZsOj при использовашш лазерного модифицирования УДП, обеспечивающие заданный комплекс физико-механических и теплофизических свойств, износостойкость и коррозионную стойкость, сверхпластичность в условиях температурного-силового закритического деформирования.

  5. Исследовать работоспособность материалов на основе частично стабилизированного ZtOi в производственных условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем;

1. Установлены особенности структурной эволюции ультрадисперсных систем (УДС)
ри лазерной обработке.

2. Получены закономерности о фазовых трансформациях в ульградисперсных модифи-
ированных системах на основе ZrCb при спекании и охлаждении от температуры спекания,
также в процессе термических и механических обработок керамики из ультрадисперсных

юдифицированных порошков.

  1. Предложена кинетическая модель рекристаллизации однородного материала в усло-иах с непостоянным числом и пространственным распределением стопоров границ зерен, юсширены представления о рекристаллизационной природе активности УДП.

  2. Разработана модель, объясняющая механизм массопереноса и диффузионной гомо-«низации в ультрадисперсных системах на основе Zr02, и уточнены условия активного спе-сания керамических УДП с метастабильной тетрагональной структурой.

  3. Идентифицирован эффект реализации закритической стадии деформирования в экспериментах на трехточечный изгиб системы ZrOj-Yj03-Alj03 при высоких температурах и установлен характер протекания диссипативных процессов при сверхпластической деформации.

  4. Установлены закономерности влияния термостимулированных мартенситных превращений на формирование структуры и свойств циркониевой керамики.

  5. Разработаны научные и технологические основы получения нанокристаллических материалов из модифицированных УДП на основе частично стабилизированного ZrOj.

На зашнтт выносятся;

  1. Пути регулирования фазовых и структурных превращений при синтезе сложных ультрадисперсных систем на основе ZrCh.

  2. Оценка роли лазерного модифицирования при формировании поверхности и фазового состава УДП и разработка способа приготовления сверхтонких частиц с помощью лазерной обработки.

  3. Развитие представлений о фазовых превращениях, кинетике, структурной динамике и рекристаллизационной природе диффузионной активности УДП.

  4. Объяснение механизма массопереноса в ггОз-УгОз-АЬОз керамике по предложенной статистической модели структуры и применимость ее для прогнозирования условий активированного спекания УДП.

  1. Разработка методологического подхода для реализации закритической стадии деформирования и оценки характера диссипативных процессов, протекающих при сверхпластической деформации ггОг-УгОз-АЬОз керамики.

  2. Определение взаимосвязи между фазовыми трансформациями, структурой и свойствами керамики на основе частично стабилизированного ZrCh.

  3. Создание научных и технологических основ получения из модифицированных УДП нанокристаллических материалов на основе частично стабилизированного ZrC>2.

Практическая ценность работы:

  1. Разработана методика лазерного модифицирования ультрадисперсных порошков, получены и экспериментально подтверждены аналитические зависимости для расчета потерь энергии, доли поглощенного излучения и экранируемой поверхности при лазерной обработке, учитывающие основные технологические факторы при целенаправленном управлении структурным состоянием и свойствами модифицированных УДП.

  2. Предложен способ получения с помощью лазерной обработки ультрадисперсных сложных оксидных порошков контролируемого химического и фазового составов, заданной морфологии и структуры.

  3. Разработаны методики экспериментального исследования процессов рекристаллизации в ультрадисперсных системах, определения трещиностойкости, комплексной оценки те-плофизических свойств композиционных керамических материалов, методологический подход для реализации закритической стадии деформирования и оценки характера диссипативных процессов, протекающих при сверхпластической деформации в керамике.

  4. Предложены технологические приемы регулирования фазовых и структурных превращений в УДС, позволяющие получать керамические материалы с заданной микроструктурой и свойствами.

  5. Получены положительные результаты стендовых испытаний в КБМ НПО "Искра" г.Пермь вкладышей для малогабаритных управляющих двигателей летательных аппаратов, изготовленных из композиционного материала на основе частично стабилизированного 2лОг.

  6. Керамические детали для узла фиксации установки полирования оптических лиш, изготовленные по разработанной технологии, бьши испытаны в производственных условиях НПАО 'Эхо" г.Пермь и показали высокую работоспособность.

  7. По результатам производственных испытаний в АО "Уралхиммонтаж" гЛермь изготовленных из циркониевой керамики деталей, входящих в комплектность аппарата для воз-

шно-плазменной резки черных и цветных металлов и сплавов, принято решение о их внесении в серию.

8, Стендовые испытания в АООТ "Пермская приборостроительная компания" деталей и чувствительных элементов авиационных приборов, изготовленных из циркониевой ке-імики, показали более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с ранее вменявшимися материалами.

Методы исследования. Теоретическая часть работы базируется на применении мате-атического и компьютерного моделирования. Статистическую обработку полученных дан-ых проводили с использованием ПЭВМ. При выполнении экспериментальных исследова-ий использовали мессбауэровскую спектроскопию, дифференциально-термический, элек-ронно-микроскопический, комплексонометрический, атомно-эмиссионный, нейтронно-ктивационный, рентгеноструктурный, микроструктурный, фрактографичесхий и мнкро-еіпгеноспектральньїй анализы. В ходе работы проводили измерения теплофизических войств, трещиностойкости, твердости, определяли триботехнические характеристики, кор-юзионкую стойкость в жидких средах, сверхпластичность при изгибе и растяжении.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Уральской региональ-юй конференции по порошковой металлургии (Пермь, 1987 г.), Всесоюзной научной конфе->енпии по проблемам прочности и пластичности (Куйбышев, 1989 г.), международной конференции "Химия твердого тела" (Одесса, 1990 г.), семинаре ученых и специалистов научных организаций и предприятий "Ультрадисперсные и неупорядоченные системы. Свойства ї структура" (Пермь, 1991 г.), научно-технической конференции по межвузовским инновационным программам "Исследования в области порошковой технологии" и "Трансфертные технологии, комплексы и оборудование" (Перла, 1993 г.), международной научно-гехнической конференции "Новые технологии получения слоистых и порошковых материалов, композиционных покрытий" (Сочи, 1993 г.), научно-технической конференции "Керамика в народном хозяйстве" (Суздаль, 1993 г.), международном аэрозольном симпозиуме (Москва, 1994 г.), международной конференции "Miss-94" по композиционным материалам (Москва, 1994 г.), международной конференции "НАНО-94" (Германия, Штугтгарт, 1994 г.), международном симпозиуме "Механика разрушения керамики" (Германия, Карлсруэ, 1995 г.), международной конференции "Деформирование и разрушение в структуре порошковых материалов" (Словакия, Кошице, 1996 г.), международной конференции 'Электрокерамика V" (Португалия, Авейро, 1996 г.), Европейской конференции "EURO Mat-

дерланды, Маастрит, 1997 г.), Мезвдународдом симпозиуме "Механика разрушения керамики" (Москва, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 печатных работ, учебное пособие, получено авторское свидетельство w 2 патента Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, включающего 203 наименования, и приложения со сведениями о практической реализации результатов работы. Диссертация изложена на 249 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 23 таблицы.