Журналы →  Цветные металлы →  2012 →  №2 →  Назад

Композиционные материалы и многофункциональные покрытия
Название Физико-химические принципы повышения термостойкости керамических контейнеров для термохимической обработки материалов
Автор Палатников М. Н., Фролов А. А., Щербина О. Б., Сидоров Н. В., Киркова Е. Г.
Информация об авторе

УРАН ИХТРЭМС КНЦ РАН

М. Н. Палатников, зав. лабораторией, e-mail: palat_mn@chemy.kolasc.net.ru.

 

Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАНУ

А. А. Фролов, ст. науч. сотр.;

Е. Г. Киркова, науч. сотр.

 

УРАН ИХТРЭМС КНЦ РАН

О. Б. Щербина, науч. сотр.;

Н. В. Сидоров

Реферат

В настоящей работе на примере тугоплавких керамических пентаоксидов тантала и ниобия исследовано влияние обработки концентрированным световым потоком на механические, спектральные свойства и стойкость к тепловым ударам в широкой области температур. Рассмотрены физико-химические аспекты, обусловливающие создание новых слоистых керамических материалов и возможность повышения термостойкости изделий из них. Разработаны физико-химические принципы создания контейнеров для термохимической обработки высокочистых соединений, обладающих сверхвысокой стойкостью к тепловым ударам в широкой области температур. Математическое моделирование распределения напряжений в слоистом керамическом материале с основой из кварцевой керамики и двухсторонним защитным покрытием из пентаоксида ниобия (тантала) выявило, что разделение слоя основы на фрагменты (уменьшение площади непрерывной границы между слоями) и сглаживание острых углов у фрагментов основы приводят к снижению напряжений на границе раздела между основой и покрытием и, соответственно, к повышению термостойкости образцов. Показано, что только совокупное применение технологических приемов (использование слоистой керамики, подбор материала основы и покрытия, обработка материала покрытия концентрированным световым потоком с формированием микро- и наноструктур фрактального типа и образованием частично островной кристаллической структуры пентаоксида ниобия (тантала), демпфирующих тепловое расширение, разбиение материала основы на фрагменты со сглаженными углами, возникновение анизотропии механических свойств по глубине материала покрытия) имеет синергетический эффект и позволяет создавать керамические контейнеры с высокой стойкостью к тепловым ударам в широком диапазоне температур (tкомн÷1000 оС).

Работа поддержана грантами РФФИ (09-03-00141-а) и НШ 6722.2010.3.

Ключевые слова Концентрированный световой поток, микро- и наноструктуры, термостойкость, температурный коэффициент линейного расширения, слоистая керамика, защитное покрытие
Библиографический список

1. Степин Б. Д., Горштейн И. Г., Блюм Г. Э., Курдюмов Г. М., Оглоблина И. П. Методы получения особо чистых веществ. — Л. : Химия, 1969. — 480 с.
2. Стрелов К. К. Структура и свойства огнеупоров. — М. : Металлургия, 1982. — 215 с.
3. Фролов А. А. О возможности повышения термостойкости слоистых керамических материалов // Огнеупоры и техническая керамика. 2004. № 7. С. 13–17.
4. Фролов А. А. Организация макроструктуры слоистой керамики с целью получения изделий повышенной термостойкости // Новые огнеупоры. 2004. № 9. C. 52–55.
5. Palatnikov M., Shcherbina O., Frolov A., Makarova О., Chufyrev P. Formation of Fractal Micro- and Nano-Structures in Ceramic Tantalum Pentoxide Under Concentrated Flux of Light and Their Effect on Thermal Expansion // Integrated Ferroelectrics. 2009. Vol. 108, N 1. P. 89–97.
6. Палатников М. Н., Щербина О. Б., Фролов A. А., Павликов В. Н., Карпец М. В., Сидоров Н. В., Калинников В. Т. Влияние концентрированного светового потока на формирование микро-, наноструктур и тепловое расширение керамических Та2O5 и Nb2O5 // Неорганические материалы. 2010. Т. 46, № 6. С. 683–690.

7. Фролов А. А., Павликов В. Н., Карпец М. В. Тепловое расширение образцов пентаоксидов ниобия и тантала, полученных плавлением в оптической печи // Новые огнеупоры. 2007. № 4. С. 38–43.
8. Усеинов А. С. Измерение модуля Юнга сверхтвердых материалов с помощью сканирующего зондового микроскопа «НаноСкан» // Приборы и техника эксперимента. 2004. № 1. С. 961–973.
9. Manning W. R., Hunter Jr. O., Calderwood F. W., Stacy D. W. Thermal Expansion of Nb2O5 // J. the American Ceramic Society. 1972. Vol. 55, N 7. P. 342–347.
10. Kirkova O., Voynich E., Frolov A. Investigation of thermal shock resistance enhancement for layered ceramics with quartz substrate and two-sided niobium pentoxide coating using computer simulation // Proceed. of «The Eighth Students' Meeting», SM-2009 Processing and Application of Ceramics. — Novi Sad (Serbia), 2009. P. 54.
11. Кржижановский Р. Е., Штерн З. Ю. // Теплофизические свойства неметаллических материалов : справочник. — Л. : Энергия, 1978. — 333 с.
12. Фролов А. А., Павликов В. Н., Григорьев О. Н. Керамика с низким ТКЛР для нанесения защитного покрытия из Nb2O5 // Стекло и керамика. 2004. № 6. C. 21–23.
13. Цибин И. П., Рапорт Ю. М., Кузнецов А. Т., Кокушин И. В., Закражевский Н. Ф., Гогоци Г. А. Исследование термического разрушения огнеупоров с применением акустико-эмиссионного метода // Огнеупоры. 1984. № 7. C. 15–20.
14. Гогоци Г. А., Дроздов А. В., Радин Н. Н. Автоматизированная система исследования термостойкости керамических и огнеупорных материалов // Проблемы прочности. 1984. № 6. C. 111–113.
15. Войнич Е. В., Фролов А. А. Установка для сравнительной оценки термостойкости керамических образцов методом регистрации акустической эмиссии // Новые огнеупоры. 2009. № 5. С. 50–54.
16. Палатников М. Н., Щербина О. Б., Фролов А. А., Ефремов В. В., Сидоров Н. В. Воздействие концентрированных световых потоков на свойства и структуру керамического Nb2O5 // Неорганические материалы. 2011. Т. 47, № 5. С. 1–5.
17. Фролов А. А. Керамические материалы для получения высокочистых соединений ниобия и тантала // Стекло и керамика. 1992. № 7. С. 14–15.
18. Пивинский Ю. Е., Ромашин А. Г. Кварцевая керамика. — М. : Металлургия, 1974. — 213 c.

Language of full-text русский
Полный текст статьи Получить
Назад