Наукові конференції України, Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2019

Розмір шрифту: 
СТРУКТУРА СПЛАВІВ СИСТЕМИ B4C-NbB2-SiC У ЕВТЕКТИЧНІЙ ОБЛАСТІ
М. І. Упатов, Я. М. Коваль, Ю. І. Богомол

Остання редакція: 2019-07-23

Тези доповіді


Завдяки поєднанню властивостей карбіду бору B4C з високою твердістю, високою хімічною стійкістю, низькою густиною [1] з диборидом ніобію (NbB2) – який має високу температуру плавлення (~3050 °С), високу твердість (21 ГПа) [2] та карбідом кремнію SiC з відмінною окисною стійкістю та високотемпературною міцністю [3], можна отримати композит для використання останнього у високотемпературних вузлах технологічних установок.

В роботі [4] авторами був отриманий композит 32B4C – 30NbB2 – 38SiC (мол. %), який показав наявність в структурі трифазної евтектики. Як відомо від досконалості структури залежать фізико-механічні властивості спрямовано закрісталізованих композитів, в нашому випадку від точності визначення евтектичного складу.

Отже дана робота присвячена дослідженню нової потрійної евтектичної системи на основі безкисневих тугоплавких сполук: B4C-NbB2-SiC. З метою оптимізації визначення точного евтектичного складу було виготовлено зразки методом безтигельної зонної плавки наступного складу (мол. %) (рис. 1).

 

Дослідження структури зразка «а»  показало наявність великої кількості трифазної евтектики B4C-NbB2-SiC (TE) в якій рівномірно розташовуються великі дендрити двофазної евтектики NbB2-SiC (ВЕ1) у незначній кількості та наявні окремі великі скупчення зерен NbB2 здебільше навколо утворених пор. Зразок «b» має меншу кількість ділянок ТЕ, причому вагома частка з яких знаходиться навколо периферії зразка, що може бути зумовлено більшою швидкістю кристалізації на даних ділянках. Області ТЕ пронизані великими дендритами ВЕ1 проте їх кількість значно більша в порівнянні зі зразком  «а», великі скупчення зерен NbB2 також присутні.

Структура зразка «с» характеризується наявністю рівномірно розподілених ділянок ТЕ навколо яких розташовується великі дендрити ВЕ1 у значній кількості. Для зразка «d» присутній характерний розподіл структури на дві частини. Одна з них складається з великої кількість ділянок ТЕ пронизаних невеликими дендритами NbB2. Інша частина характеризується здебільше наявністю великої кількості зерен NbB2, що може свідчити про нерівномірний розподіл компонентів.

 

Для зразка «е» характерна наявність великої кількості зерен NbB2 по всьому об’єму зразка. Наявність ділянок ТЕ, пронизаних великими дендритами NbB2, спостерігається вибірково по периферії зразка. Структура зразка «f» характеризується рівномірно розподіленим по всьому об’єму зернами NbB2 навколо яких у невеликій кількості розташована трифазна евтектика. Для зразків «е» та «f» очевидно завищений вміст NbB2.

Для зразка «g» характерна наявність ТЕ рівномірно розподіленої по всьому об’єму зразка, пронизаної невеликою кількістю великих дендритів NbB2 та ВЕ1. Зразок «h» має велику кількість ділянок ТЕ вільних від присутності інших структурних утворень,проте також присутні ділянки скупчення зерен NbB2.

Структура евтектичних ділянок всіх досліджуваних зразків складається з матриці B4C (темна фаза) з рівномірно розподілені по всьому об’єму включеннями карбіду кремнію SiC (світло сіра фаза) та дибориду ніобію NbB2 (світла фаза), рис. 2.

За допомогою кількісного металографічного аналізу евтектичних ділянок було виявлено оптимальний об’ємний вміст фаз у трифазній евтектиці: 58 B4C – 17 NbB2 – 25 SiC (об. %).

Висновок: досліджена структура зразків системи B4C-NbB2-SiC, звужена область пошуку точного евтектичного складу системи, що дає можливість одержання спрямовано закристалізованих композитів з регулярною евтектичною структурою.


Посилання


  1. Пилянкевич А.Н. Бора карбиды. Химическая энциклопедия / А.Н. Пилянкевич. – Под. ред. Кнунянц И.Л. – М.: 1988. – 623 с.
  2. High temperature hardness and slip system of NbB2 and TaB2 single crystals / K.Nakano, K. Nakamura, T. Okubo, T. Sugimura. // J. of The Less-Common Met. – 1982. – №84. – С. 79–85.
  3. Lane J.E. Kinetic sand Mechanisms of High Temperature Creep in Silicon Carbide: III, Sintered α Silicon Carbide / J. E. Lane, C. H. Carter, R. F. Davis. // J. Am. Ceram. Soc. – 1988. – №71. – С. 281–295.
  4. Упатов. М.І. Структури та властивості композиту 32B4C – 30NbB2 – 38SiC / Упатов М.І., Богомол Ю.І., Абдулаєва Е.Р. // Міжнародна наукова конференція «Матеріали для роботи в екстремальних умовах – 8», 6-7 грудня 2018 р.: тези доп. – К., 2018. – с. 108-110.
  5. Akashi T. Characterization of directionally solidified B4C-TiB2 and B4C-SiC eutectic composites prepared by floating-zonemethod / T. Akashi, I. Gunjishima, T. Goto. // KeyEng. Mater. – 2002. – №247. – С. 209–212.
  6. Demirskyi D. Insitu fabrication of B4C-NbB2 eutectic composites by spark-plasma sintering / D. Demirskyi, Y. Sakka. // J. Am. Ceram. Soc.. – 2014. – №97. – С. 2376–2378.
  7. Demirskyi D. Mechanical properties of SiC–NbB2 eutectic composites by insitu spark plasma sintering / D. Demirskyi, O. Vasylkiv. // Ceram. Int.. – 2016. – №42. – С. 19372–19385.

Full Text: PDF