Получение металл-керамических композитов с неразъемным соединением с применением искрового плазменного спекания

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлено исследование по получению карбидокремниевой керамики, в том числе в составе с армирующей добавкой 10 мас. % SiCw-вискеров, и металл-керамических композитов с неразъемным соединением на основе данной керамики и жаропрочного сплава ЖС6У-ВИ с применением технологии искрового плазменного спекания. Изучены динамика консолидации SiC-порошков в условиях ИПС, фазовый состав, структура, плотность и микротвердость формируемых образцов SiC-керамики и ее армированной формы SiC/SiCw. Реализован способ получения металл-керамических композитов с неразъемным соединением на основе полученных образцов керамики и жаропрочного сплава ЖС6У-ВИ в условиях ИПС. Методами РЭМ и ЭДС показано, что получение композитов с бездефектными границами соединенных слоев керамики и жаропрочного сплава достигается за счет формирования промежуточных слоев связующих компонентов Ti-Ag и Ni-Ag, а также демпферного слоя Mo для компенсации различия в величинах КТЛР. Структурная целостность композитов исследована с применением электронной микроскопии и рентгеновской микротомографии. Установлено, что структура SiC- керамики без добавки SiCw-вискеров является более структурно гомогенной и менее хрупкой для получения композита SiС–ЖС6У-ВИ с неразъемным соединением по технологии ИПС.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. К. Папынов

Дальневосточный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: papynov@mail.ru
Россия, Владивосток

С. В. Чуклинов

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет); ЗАО “Авиационные технологии. Инжиниринг и консалтинг”

Email: papynov@mail.ru
Россия, Москва; Москва

О. О. Шичалин

Дальневосточный федеральный университет

Email: papynov@mail.ru
Россия, Владивосток

В. И. Сергиенко

Президиум ДВО РАН

Email: papynov@mail.ru
Россия, Владивосток

Е. Ю. Марчуков

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: papynov@mail.ru
Россия, Москва

А. Н. Мухин

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: papynov@mail.ru
Россия, Москва

А. А. Белов

Дальневосточный федеральный университет

Email: papynov@mail.ru
Россия, Владивосток

С. Г. Чистяков

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: papynov@mail.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Shcherban N.D. // J. Ind. Eng. Chem. 2017. V. 50. № 2016. P. 15. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2017.02.002
  2. Eom J.H., Kim Y.W., Raju S. // J. Asian Ceram. Soc. 2013. V. 1. № 3. P. 220. https://doi.org/10.1016/j.jascer.2013.07.003
  3. Nascimento R.M. do, Martinelli A.E., Buschinelli A.J.A. // Cerâmica. 2003. V. 49. № 312. P. 178. https://doi.org/10.1590/s0366-69132003000400002
  4. Zhang Y., Chen Y.K., Yu D.S. et al. // J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9. № 6. P. 16214. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.11.088
  5. Orru` R., Licheri R., Locci A.M. et al. // Mater. Sci. Eng. R 2009. V. 63. № 4–6. P. 127. https://doi.org/10.1016/j.mser.2008.09.003
  6. Cavaliere P. // Spark Plasma Sintering of Materials, Springer International Publishing, Cham, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05327-7
  7. Liu W., Naka M. // Scr. Mater. 2003. V. 48. № 9. P. 1225. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(03)00074-5
  8. Uday M.B., Ahmad-Fauzi M.N., Noor A.M. et al. // Current Issues and Problems in the Joining of Ceramic to Metal // Join. Technol., InTech. 2016. P. 159. https://doi.org/10.5772/64524
  9. Naveen Kumar N., Janaki Ram G.D., Bhattacharya S.S. // Trans. Indian Inst. Met. 2019. V. 72. № 7. P. 1837. https://doi.org/10.1007/s12666-019-01662-8
  10. Ваганова М.Л., Сорокин О.Ю., Осин И.В. // Авиационные материалы и технологии 2017. С. 306. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-s-306-317
  11. Watanabe M., Yokoyama K., Imai Y. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 6. P. 8706. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.004
  12. Vidyuk T.M., Dudina D.V., Esikov M.A. et al. // Mater. Today Proc. 2019. V. 25. P. 377. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.095
  13. Chen Y.J., Li F.X., Liu Y.C. et al. // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 29. P. 3063. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.02.030
  14. Bahraminasab M., Ghaffari S., Eslami-Shahed H. // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2017. V. 72. P. 82. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2017.04.024
  15. Чуклинов С.В., Сергиенко В.И., Папынов Е.К. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 1. С. 115. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601237
  16. Папынов Е.К., Чуклинов С.В., Шичалин О.О. и др. // Авиационные двигатели. 2024. № (3)24. С. 3.
  17. Zhang Z.H., Wang F.C., Luo J. et al. // Mater. Sci. Eng. A 2010. V. 527. № 7–8. P. 2099. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.12.027
  18. Житнюк С.В., Сорокин О.Ю., Журавлева П.Л. // Тр. ВИАМ 2020. № 2. С. 50. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-2-50-59
  19. Воронов В.А., Лебедева Ю.Е., Чайникова А.С. и др. // Неорган. матер. 2022. Т. 58. № 1. С. 110. https://doi.org/10.31857/s0002337x22010134
  20. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Papynov E.K. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2017. V. 82. № 3. P. 748. https://doi.org/10.1007/s10971-017-4367-2
  21. Shapkin N.P., Papynov E.K., Shichalin O.O. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 5. P. 629. https://doi.org/10.1134/S0036023621050168
  22. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Kolesnikov A.F. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 4. https://doi.org/10.1134/S0036023623600272
  23. Папынов Е.К., Шичалин О.О., Чуклинов С.В. et al. // Авиационные двигатели. 2024. № 1. С. 11.
  24. Martinsen K., Hu S.J., Carlson B.E. // CIRP Ann. 2015. V. 64. № 2. P. 679. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2015.05.006

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Общий вид заготовок жаропрочного сплава ЖС6У-ВИ и образцов керамики (SiC) и в составе с армирующей добавкой 10 мас. % SiC-вискеров (SiC/SiCw), полученных ИПС.

Скачать (80KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема сборки пресс-оснастки для получения металл-керамических композитов с неразъемным соединением по технологии ИПС.

Скачать (340KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограммы и РЭМ-изображения: исходный порошок SiC (а, б); армирующая добавка SiCw-вискеры (в, г).

Скачать (606KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дилатометрические зависимости скорости уплотнения порошка SiC при разогреве в условиях ИПС до 2000°С (а) и дифрактограммы (б) образцов полученной керамики без добавки (SiC) и в составе с армирующей добавкой (SiC/SiCw).

Скачать (167KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РЭМ-изображения образцов керамики, полученных ИПС: а) без армирующей добавки (SiC); б) в составе с армирующей добавкой (SiС/SiCw).

Скачать (754KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Общий вид металл-керамических композитов с неразъемным соединением на основе SiC-керамики и ЖС6У-ВИ, полученных ИПС: керамика без армирующей добавки (SiC) (а); керамика с армирующей добавкой (SiC/SiCw) (б).

Скачать (226KB)
Метаданные
8. Рис. 7. РЭМ-изображения и ЭДС-анализ с поверхности среза образца металл-керамического композита (SiС–ЖС6У-ВИ) с неразъемным соединением, полученного ИПС. Области контакта: 1) SiC-керамика и связующий слой Ti-Ag; 2) связующий слой Ti-Ag и демпферный слой Mo; 3) демпферный слой Mo и связующий слой Ni-Ag; 4) связующий слой Ni-Ag и сплав ЖС6У-ВИ.

Скачать (1MB)
Метаданные
9. Рис. 8. ЭДС-анализ с поверхности среза образца металл-керамического композита (SiС/SiCw–ЖС6У-ВИ) с неразъемным соединением, полученного ИПС. Области контакта: 1) SiC–керамика и связующий слой Ti-Ag; 2) связующий слой Ti-Ag и демпферный слой Mo; 3) демпферный слой Mo и связующий слой Ni-Ag; 4) связующий слой Ni-Ag и сплав ЖС6У-ВИ.

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис. 9. РЭМ-изображения поверхности среза образца металл-керамического композита (SiС/SiCw–ЖС6У-ВИ) в области дефекта (трещины керамики).

Скачать (380KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Рентгеновская микротомография образцов металл-керамических композитов с неразъемным соединением, полученных ИПС: а) SiС–ЖС6У-ВИ; б) SiС/SiCw–ЖС6У-ВИ. Слои томографических срезов (от 1 до 5) в направлении сверху вниз от керамики к сплаву.

Скачать (637KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025