Щільні та поруваті конструкційні матеріали з нано- та субмікронних порошків WC, Al2O3 і SiC поліфункціонального призначення

Abstract

UA: У роботі вирішено наукові та практичні проблеми створення композиційних матеріалів на основі нанодисперсних і субмікронних порошків тугоплавких сполук (монокарбіду вольфраму, оксиду алюмінію, карбіду кремнію). З’ясовано механізми структуроутворення матеріалів, отриманих з нанопорошків монокарбіду вольфраму в процесі гарячого пресування з прямим пропусканням струму (електроконсолідації). Досліджено кінетику росту зерна та визначені оптимальні електричні параметри спікання та механізми спікання нанопорошків з монокарбіду вольфраму. Розроблено математичну модель, що дозволяє визначити безпосередній вплив електричних параметрів спікання на щільність тугоплавких матеріалів. Результати теоретичних та практичних досліджень дозволили розробити новий інструментальний матеріал з високими механічними властивостями, що може знайти широке застосування при обробці надтвердих сталей і сплавів. Визначено механізми структуроутворення матеріалів на основі нанопорошків оксиду алюмінію та суміші оксид алюмінію – монокарбід вольфраму в процесі гарячого пресування з прямим пропусканням струму. Досліджено кінетику росту нанозерен і механізми спікання діелектричного оксиду алюмінію та деяких його сумішей з монокарбідом вольфраму, установлено закономірності залежності дисперсності структури від електричних параметрів спікання. На основі проведених досліджень розроблено новий високоміцний матеріал інструментального та конструкційного призначення, що може ефективно використовуватись при обробці твердих матеріалів. Досліджено процеси формоутворення та структуроутворення пінистих проникних матеріалів на основі субмікронних частинок оксиду алюмінію і деяких його сумішей. З’ясовано особливості формування та одержання пінистих структур із субмікронних частинок за рахунок реакційного спікання. Досліджено основні закономірності спікання та визначено оптимальні режими процесу. Отримані теоретичні розрахункові залежності проникності поруватих матеріалів. Розроблено технологічний процес видалення органічних в’яжучих матеріалів після формування пінистих матеріалів із субмікронних частинок, визначено оптимальні параметри видалення різних речовин. Вперше в Україні створено високоефективний технологічний процес одержання пінистих керамічних фільтрів з оксиду алюмінію і його сумішей. Результати досліджень закономірностей формування та одержання поруватих матеріалів трубчастої форми з субмікронних порошків карбіду кремнію при спіканні в атмосфері азоту дозволили розробити технологію формування та провести оптимізацію режимів спікання з метою одержання фільтрів з наперед заданою пористістю та можливістю регенерації функціональних властивостей. Дані фільтри можуть бути застосовано для очищення від сажі викидів дизельних двигунів, а також очищення повітря від механічних домішок.. Досліджено фізико-механічні властивості отриманих матеріалів, вироблено практичні рекомендації з їхнього використання.

EN: In work the scientific and practical problems on creation of composite materials on a basis of nanodispersed and submicron powders of some refractory compounds (tungsten monocarbide, alumina, silicon carbide) have been decided. The structure formation mechanisms of materials received from nanоpowders of tungsten monocarbide have been established during hot pressing by a direct transmission of a current (electroconsolidation). The mathematical model allowing to establish direct influence of electrical parameters of sintering on density of refractory materials has been developed. The theoretical and practical researches carried out have allowed to develop a new tool material with high mechanical properties. The structure formation mechanisms of materials on a basis of alumina nanoparticles and alumina – tungsten monocarbide mix have been established during hot pressing by a direct transmission of a current. The kinetics of nanograin growth has been investigated and mechanisms of non-conducting electrical current alumina and some mixes of alumina with tungsten monocarbide, the laws of change of structure dispersity in dependence of sintering electrical parameters have been established. At present the question of fine porous materials’ creation which find a use as filters is relevant. The processes of shaping and structure formation of foamy permeable materials on a basis of submicron particles of alumina and its some mixes have been investigated. The features of formation and reception of foamy structures from submicron particles by reactionary sintering have been established. The basic laws of sintering and optimum modes of process have been investigated. The technological process of organic binding materials’ distillation after formation from submicron particles of foamy structures has been developed. For the first time in Ukraine the highly effective technological process of reception of foamy ceramic filters from alumina and its mixes has been created. The laws research of formation and reception of porous materials with tubular form from submicron powders of silicon carbide at sintering in environment of nitrogen has allowed to develop formation technology and to select optimum modes of sintering with the purpose of reception of heated filters capable to work at a rather small voltage up to 50 V. These filters can find application for clearing of soot emissions from diesel engines, and also for clearing air.