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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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