Кисла Г.П., Сисоєв М.О., Білодід Д.М., Лобода П.І.

(НТУУ «КПІ», ІФФ, кафедра ВТМ та ПМ, м. Київ)

СПЛАВИ СИСТЕМИ ZrO₂ – ZrB₂

Технічний прогрес в багатьох галузях промисловості багато в чому визначається властивостями наявних матеріалів. Задача сучасного матеріалознавства полягає у створенні принципово нових матеріалів з більш високими характеристиками або у застосуванні нових технологічних процесів. На даний час перспективними конструкційними матеріалами, що працюють в агресивних середовищах при високих температурах в умовах великих механічних навантажень є керамічні композити.

Керамічні матеріали характеризуються сукупністю унікальних фізико-технічних властивостей, якими не володіє практично жоден інший клас матеріалів. Одними з найбільш перспективних оксидних матеріалів в сучасній техніці завдяки високій механічній міцності, тріщиностійкості, зносостійкості, твердості, хімічній стійкості є матеріали на основі оксиду цирконію [1].

В даній роботі досліджували сплави системи ZrO₂ – ZrB₂. Зразки різного складу плавили в електронно-променевій установці «ЭЛА-6». Зміна температури плавлення зразків різного складу та їх мікроструктура свідчить про евтектичний характер кристалізації.

Склад евтектики становить 20 мас.% ZrB₂ і 80мас.% ZrO₂, а температура евтектики - 2350 ̊С. Параметри евтектики визначені точно, оскільки відношення її температури плавлення до суми температур плавлення компонентів (константа, як і у системі одного типу ZrO₂ – HfB₂) дорівнює 0,44 [2, 3].

Мікроструктура доевтектичного, евтектичного і заевтектичного сплавів наведена на рис.1.

У доевтектичному сплаві (ZrO₂ – 10 мас.% ZrB₂) диборид цирконію кристалізується у вигляді пластин розташованих усередині зерен диоксиду цирконію. Товщина диборидних пластин від 0,3 до 0,6 мкм. Інтегральна мікротвердість даного сплаву - 10,8 ГПа. Евтектичні зерна мають пластинчату структуру. Мікротвердість евтектичного сплаву становить 10,4 ГПа. У заевтектичному сплаві ZrO₂ – 40 мас.% ZrB₂ диборид цирконію кристалізується у вигляді округлих зерен розміром від 20,3 мкм до 81,7 мкм. В структурі також спостерігаються евтектичні зерна (середній розмір яких 206,5 мкм). Мікротвердість заевтектичного сплаву складу ZrO₂ – 40 мас.% ZrB₂ становить 11,1 ГПа. При вмісті дибориду цирконію 80 мас.% структура складається переважно з великих близької до прямокутної форми зерен дибориду цирконію 113 х 91,8 мкм), між якими кристалізується диоксид цирконію (рис. 1в). Мікротвердість зерен ZrB₂ становить 26,6 ГПа.

Відповідно до рентгенофазового аналізу, який проводили на установці Rigaku Ultima IV, фази бориду і оксиду цирконію між собою не реагують.

Література

1. Особенности создания высокоплотных композиционных материалов на основе нанопорошков диоксида циркония горячим прессованием [Текст] / Геворкян Э.С., Гуцаленко Ю.Г., Мельник О.М. // Сборник научных трудов "Вестник НТУ "ХПИ" : Технології в машинобудуванні №40 - Вестник НТУ "ХПИ", 2010. - ISSN 2076-004х

2. Кисла Г.П. Спрощений метод визначення координат евтектик квазібінарних сплавів потрійних систем. // Металознавство та обробка металів. – 2014.-№2.- С. 51-56.

3. Кисла Г.П., Сисоєв М.О., Козярський Б.М., Лобода П.І. Сплави системи ZrO₂ – HfB₂ // Тези V міжнародної конференції «Матеріали для роботи в екстремальних умовах – 5», 03 – 05 грудня 2015 р., Київ, Україна, с. 72.