Поиск в базе сайта:
Корундо-циркониевая нанокерамика, полученная с использованием высокоинтенсивных потоков энергии icon

Корундо-циркониевая нанокерамика, полученная с использованием высокоинтенсивных потоков энергии




Скачать 349.22 Kb.
НазваниеКорундо-циркониевая нанокерамика, полученная с использованием высокоинтенсивных потоков энергии
страница1/4
Ивашутенко Александр Сергеевич
Дата конвертации02.12.2012
Вес349.22 Kb.
КатегорияАвтореферат
  1   2   3   4



на правах рукописи


Ивашутенко Александр Сергеевич


Корундо-циркониевая нанокерамика, полученная с использованием высокоинтенсивных потоков энергии


Специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Томск – 2010


Работа выполнена в Томском политехническом университете


Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Анненков Юрий Михайлович


^ Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Смирнов Серафим Всеволодович;

доктор технических наук, профессор Громов Александр Александрович


^ Ведущая организация: ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург.


Защита состоится «24» марта 2010 г. в 14 00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.269.02 при Томском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 30.


С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета.


Автореферат разослан « 19 » февраля 2010 г.


Ученый секретарь

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций,

д.ф.-м.н., профессор Коровкин М. В.


^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы.

Наноматериалы и нанотехнологии становятся в настоящее время ведущими научными и техническими направлениями, обеспечивающими прогресс современной цивилизации. Становятся актуальными работы в области материаловедения, направленные на создание материалов с уникальными свойствами на базе использования нанотехнологий. Одним из наиболее перспективных объектов исследования в этом плане является корундо-циркониевая (КЦ) керамика. Перевод структуры КЦ-керамики в нанокристаллическое состояние позволит создать материал с высочайшими эксплуатационными свойствами, имеющими потребность в самых различных отраслях промышленности, включая металлообработку, машиностроение, водородную энергетику и др.

Прогностические оценки, основанные на использовании современных технологий свидетельствуют о том, что КЦ - керамика может иметь величину коэффициента трещиностойкости К  30...40 МПам1/2 и прочность на изгиб изг  8000 МПа. Такими свойствами в настоящее время не обладает ни один конструкционный материал. Однако, перечисленные характеристики и свойства присущи только лишь для керамики, имеющей наноструктуру. Так, к примеру, эффект высокотемпературной сверхпластичности был обнаружен и исследован немецкими и американскими учеными только для корундо-циркониевой нанокерамики.

Поставить нанокерамику в разряд полноценных высокопрочных материалов можно только применяя нетрадиционные керамические технологии. Так, в США и Японии в основном ориентируются на дорогостоящие приемы газостатического спекания керамики.

Аналогичных результатов, но при существенно меньших материальных затратах, можно достичь путем использования в керамическом производстве высокоинтенсивных воздействий (плазма, электронные и ионные пучки, СВЧ-излучение, магнитно-импульсная обработка).

Именно такая концепция лежит в основе настоящей работы. При этом применяются эффективные и сравнительно экономичные методы высокоинтенсивных (ВИ) воздействий в виде концентрированной плазмы и интенсивных электромагнитных полей:

В настоящей работе данное методологическое положение реализовано в виде следующих технологических приемов.

  1. Использование ультрадисперсных порошков с нанокристаллической структурой, полученных по плазмохимической технологии.

  2. Применение магнитно-импульсного метода компактирования порошков, позволяющего получить компакты с высокой плотностью.

  3. Спекание керамики в микроволновом поле в условиях, максимально ограничивающих рекристаллизационный рост керамических зерен (активированное спекание).

В российских и мировых керамических центрах разрабатывают различные методы создания нанокерамики: получение ультрадисперсных порошков (Россия, Томск, СХК, Дедов Н.В.; ТПУ, НИИ ВН Ильин А.П. Яворовский А. П.), ультразвуковое компактирование (Россия, Томск, ТПУ, Хасанов О.Л.), вакуумное спекание, горячее прессование (Россия, Томск, ИФПМ СО РАН Кульков С.Н.), магнитно-импульсное прессование (Россия, Екатеринбург, ИЭ СО РАН, Иванов В.В.), микроволновое спекание (Россия, Санкт Петербург, СПбГТУ, Суворов С.А; Германия, Научно-исследовательский центр в Карлсруэ, Thumm M., Link G.; Россия, Нижний Новгород, ИПФ РАН, Быков Ю.В., Рыбаков К.И., Семенов В.Е.), горячее прессование, микроволновое спекание (США, Park S., Meek T.).

Выше приведены авторы лидирующих разработок по отдельным этапам технологии нанокерамики. Однако, положительный конечный результат будет достигнут только при использование совокупности указанных приемов в технологической схеме получения нанокерамики (использование нанопорошков, изготовление из них высокоплотных компактов и проведение активированного спекания, ограничивающее процесс рекристаллизации). Именно такая методология и реализуется в данной работе. Научная новина представленной технологической схемы состоит в применении научно-обоснованных различных высокоинтенсивных воздействиях, обеспечивающих получение керамических структур с уникальными свойствами.

Фундаментальный ожидаемый результат диссертации состоит в разработке физических основ технологии получения оксидной нанокерамики, в основе которой лежит использование высокоинтенсивных потоков энергии.

Объект исследованиякорундо-циркониевая нанокерамика и технология ее получения.

Предмет исследования разработка технологии получения нанокерамики, основанной на использовании плотных потоков энергии. Изучение структуры и свойств корундо-циркониевой нанокерамики.

Цель работы

Целью данной работы является разработка технологии корундо-циркониевой нанокерамики, основанной на высокоинтенсивных воздействиях и исследование свойств этих материалов.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

  1. Обеспечить высокую технологичность ультрадисперсных оксидных порошков, полученных по плазмохимической технологии.

  2. Разработать технологию двустороннего магнитно-импульсного (ДМИ) компактирования оксидных порошков с целью получения высокоплотных порошковых изделий (с относительной плотностью достигающей 80 %).

  3. Отработать оптимальный режим технологии микроволнового спекания КЦ-керамики.

  4. Разработать физическую модель микроволнового спекания керамики.

  5. Исследовать структуру и механические свойства КЦ-керамики.

  6. Исследовать электрофизические свойства КЦ-керамики в широком температурном диапазоне.

Научная новизна результатов работы

  1. Разработана технология получения оксидной нанокерамики, основанная на высокоинтенсивных воздействиях, и заключающаяся в двухстороннем магнитно-импульсном прессовании ультрадисперсных порошков и микроволновом спекании изделий.

  2. Разработаны, на основании компьютерного моделирования, лабораторный и промышленный двусторонние магнитно-импульсные прессы, позволяющие получать порошковые компакты с относительной плотностью до 78 %. Подана заявка на патент.

  3. Установлен эффект активации микроволнового спекания КЦ-керамики, проявляющийся в снижении температуры спекания на 250 °С.

  4. Предложен механизм микроволнового спекания оксидной керамики с гетерогенной структурой, в основе которого лежит возникновение термодиффузионных потоков, обусловленных локальными температурными градиентами.

  5. Для корундо-циркониевой керамики с преобладанием фазы диоксида циркония обнаружено новое явление, заключающееся в достижении высоких значений диэлектрической проницаемости (до 2,2.106) при температурах около 1000 °С. Явление объясняется с позиций сегнетоэлектрического эффекта и структурной поляризации.

Практическая значимость работы

  1. Разработаны режимы оптимальной технологии корундо-циркониевой нанокерамики, которые были рекомендованы к использованию в НПЦ «Полюс» для выполнения инновационной программы «Инструмент».

  2. Получена микроструктурная корундовая керамика, имеющая механические свойства на уровне характеристик твердых сплавов типа ВК8. Испытания, проведенные в ЗАО «Сибкабель», показали, что рабочий ресурс керамических направляющих (глазков) для машин типа SRN, превышает работоспособность аналогичных твердосплавных изделий в 1,5…2 раза.

Научные положения, выносимые на защиту.
  1   2   3   4

Похожие:




©fs.nashaucheba.ru НашаУчеба.РУ
При копировании материала укажите ссылку.
свазаться с администрацией