Рассматривается проблема получения керамики на основе карбида бора с высокими физико-механическими характеристиками, в частности – проблема выбора исходного порошкового материала и технологии изготовления. Приведены результаты исследований порошков отечественного и импортного производства, показаны различия в их структурных свойствах и химическом составе. Отмечено, что форма зерна и гранулометрический состав порошков карбида бора оказывают существенное влияние на плотность заготовок при формовании методом одноосного прессования и содержание свободного кремния после силицирования; химический состав порошков определяет структуру керамики. Сравнение структурных и физико-механических свойств керамики на основе порошков отечественного и импортного производства показало преимущества использования отечественных порошков производства АО «УНИХИМ с ОЗ» по большей части физико-механических характеристик.
Представлены результаты исследований по получению керамики на основе ZrB2 методом шликерного литья с последующим свободным спеканием. Определены оптимальные параметры процесса формования сложнопрофильных заготовок изделий. Исследовано влияние температуры свободного спекания на структуру и физико-механические свойства керамики на основе ZrB2. Оптимальным составом по физико-механическим свойствам оказалась керамика состава 70 об. % ZrB2–30 об. % SiC, полученная при температуре спекания 2100 °С при выдержке 1 ч. Проведены исследования теплофизических свойств полученного материала при температурах до 2500 °С включительно.
Исследовано влияние диоксида церия (в количестве от 0 до 3,56 масс. %) и метода спекания (свободное спекание на воздухе, горячее прессование в аргоне) на фазовый состав, микроструктуру и свойства алюмоциркониевой керамики, содержащей 50 масс. % ZrO2. Установлено, что метод спекания определяет реализацию двойственной роли CeO2. Горячее прессование способствует восстановлению Ce4+ до Ce3+ и формированию пластинчатого гексаалюмината церия CeAl11O18, выявленного методами рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализа. Свободное спекание приводит к стабилизации кубической фазы ZrO2 (c-ZrO2). Горячее прессование обеспечило высокую относительную плотность (>99 % от теоретической) и практически нулевую открытую пористость, тогда как при свободном спекании пористость достигала 5 %. Твердость снижается с ростом содержания CeO2 при спекании материалов обоими методами. Трещиностойкость при свободном спекании в значительной степени определяется пористостью материала. При горячем прессовании критический коэффициент интенсивности напряжений возрастает с увеличением содержания CeO2 и, соответственно, CeAl11O18, достигая 7,5 ± 0,2 МПа·м1/2. Это демонстрирует эффективность CeAl11O18 как упрочняющей фазы. Показано, что горячее прессование является предпочтительным методом для получения алюмоциркониевой керамики Al2O3–ZrO2, в исходную смесь которой вводили CeO2.
Представлен обзор имеющейся научно-технической информации о токопроводящих металлизационных пастах, применяемых при производстве изделий по технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC). Рассмотрено влияние основных компонентов металлизационных паст на их реологические свойства, температуру спекания и электрическое сопротивление токопроводящих элементов многослойных керамических плат. Установлено, что состав и количество неорганических и органических компонентов существенно влияют на реологические и тиксотропные свойства металлизационных паст. Размер и форма частиц металлического наполнителя наиболее сильно влияют на температуру спекания и электрическое сопротивление токопроводящих элементов. Состав и свойства боросиликатных стекол и оксиды тугоплавких металлов в составе паст влияют на адгезию токопроводящего слоя к материалу стеклокерамики и согласованность усадки пасты и стеклокерамики во время совместного обжига многослойного изделия.
Известно, что введение в состав стекол системы ZnO–MgO–Al2O3–SiO2 (ЦМАС) небольших добавок Na2O (до 5 мол. %) не препятствует получению ситаллов на основе цинковой шпинели (ганита) ZnAl2O4 и позволяет использовать ионный обмен для дополнительного улучшения их механических свойств. В данной работе методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) с привлечением данных рентгенофазового анализа (РФА) изучена субмикроструктура ЦМАС-ситаллов с добавками оксида натрия в прозрачном состоянии и на начальных стадиях опалесценции и глушения. Основная кристаллическая фаза, цинковая шпинель, выделившаяся в ситалле, не содержит катионов натрия: они концентрируются в остаточной стеклофазе, создавая благоприятные условия для упрочнения материала методом ионного обмена. После термообработки стекла в течение 10 ч в области температур 770…790 °C в дополнение к цинковой шпинели кристаллизуется силикат цинка-магния (Zn, Mg)2SiO4, размеры частиц которого достигают 15…20 нм, в то время как размеры кристаллов ZnAl2O4 не превышают 6 нм, и поэтому именно силикатная фаза лимитирует получение прозрачных ситаллов и препятствует улучшению прочностных свойств.
Методом реакционного спекания синтезированы керамические материалы на основе карбида кремния с введением в исходную шихту различного содержания реакционного компонента – технической сажи (5, 15, 30 масс. %). Исследованы трибологические характеристики полученных керамических материалов в паре трения с конструкционным титановым сплавом ВТ6. Испытания проводили в условиях трения в воздушной и водной среде при комнатной температуре. Определено, что наилучшие антифрикционные свойства (µ = 0,17 в воде) наблюдаются при контактном взаимодействии титанового сплава с карбидокремниевым материалом, полученным из механической смеси, содержащей наибольшее количество (30 масс. %) технической сажи.
Исследованы Fe-замещенные керамические материалы семейства NASICON, отвечающие общепринятой формуле Na3+yМ(III)yZr2–ySi2PO12, с концентрацией допанта от 5 до 20 мол. %. Допирование изменяет морфологию и фазовый состав керамики. Спектры электронного парамагнитного резонанса свидетельствуют о присутствии атомов Fe3+ как в кристаллической фазе (c g ~ 2,0), так и в неупорядоченных фазах с сильной ромбической составляющей кристаллического поля на примесных ионах (c g ~ 4,3 и ~4,2). Проведен количественный анализ распределения парамагнитных центров в керамике. Отмечено, что допант преимущественно находится в кристаллической фазе образца. Показано, что Fe-замещенные комплексы NASICON соответствуют составу Na3М(III)yZr2–ySi2–yP1+yO12. Содержание Fe3+ в кристаллической фазе этих комплексов на 36 % выше, чем в образцах, полученных в соответствии с составом Na3+yМ(III)yZr2–ySi2PO12.
Для изготовления кермета Al–Al2O3 с гетерогенной гранульно-слоистой структурой проводили смешивание в планетарной мельнице в режиме механического легирования чешуйчатого алюминиевого порошка марки ПАП-2 с плазмохимическим алюмооксидным порошком (ПХАП), состоящим из нанотолщинных пластинчатых агломератов. Полученную шихту, состоящую из слоистых гранул, включающих чередующиеся алюмооксидные и алюминиевые слои, прессовали под давлением 700 МПа. Спекание сырых заготовок проводили в вакууме (разрежение – 10–5 мм рт. ст.) при температуре 650 ? в течение 1 ч. Содержание в составе кермета алюмооксидного компонента в количестве 15 масс. % обеспечивало сочетание невысокой плотности – 2,54 г/см3 со значительными показателями его механических свойств (прочность при изгибе – 280 МПа, при осевом сжатии – 350 МПа, трещиностойкость – 8,5 МПа?м1/2, микротвердость – 1070 МПа) в результате достижения компромисса между пластичностью этого композита и его твердостью. Кермет может быть использован в качестве легких элементов бронезащиты, износостойких элементов и специального абразивного инструмента.
Исследованы адгезионные свойства полимерных покрытий на основе полиуретана и полимочевины, предназначенных для защиты бетона, к воздействию климатических условий Якутии. Образцы бетона с покрытиями подвергали двухлетней экспозиции на открытом воздухе, где температура колебалась от +20 °C летом до –42,8 °C зимой. Результаты показали, что климатические факторы в первую очередь воздействуют на поверхностные слои. В течение первого года адгезия покрытий снижалась примерно одинаково для всех образцов. Однако по мере увеличения срока испытаний снижение адгезионных свойств стало более выраженным и неравномерным. Предполагается, что это связано с поглощением влаги полимером и бетоном, интенсивность которого зависит от толщины покрытия. Замерзание влаги приводит к образованию внутренних напряжений и микротрещин, ослабляя связь между покрытием и бетоном. Частые температурные перепады ускоряют этот процесс. Установлено, что физико-механические свойства покрытий определяются составом исходных компонентов и характером химических связей, а температура отверждения оказывает существенное влияние на их механические характеристики.
Представлен анализ опыта использования стандартных и специально разработанных резистивных паст для создания резисторов, совместимых с низкотемпературной керамикой LTCC. Рассмотрены характеристики поверхностных, внутренних и 3D-резисторов, изготовленных из паст фирм DuPont, Ferro, Shoei, ESL на керамиках различных фирм. Приведены результаты изучения микроструктуры, фазового и элементного состава резисторов, удельного поверхностного сопротивления, разброса номиналов, «горячего» (ГТКС) и «холодного» (ХТКС) температурных коэффициентов сопротивления, частотных, шумовых и тензометрических характеристик, ухода после термостарения, лазерной подгонки и импульсных высоковольтных нагрузок. Оценено влияние технологических режимов, размеров резисторов и физико-химического взаимодействия материалов на эти характеристики.
