Кайдаш О. М. Наукові основи формування структури і властивостей при спіканні з субмікронних тугоплавких карбідів і нітридів високотехнологічної кераміки для машинобудівної промисловості

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - Матеріалознавство - Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля Національної академії наук України, м. Київ, 2018. В дисертації вирішено науково-технічну проблему створення високотехнологічної кераміки з покращеними фізико-механічними, фізико-хімічними та функціональними характеристиками шляхом встановлення структурних механізмів спікання тугоплавких карбідів і нітридів з гетеродесмічними міжатомними зв'язками, закономірностей формування їх мікроструктури та направленого керування властивостями композитів. Проблема розв'язана шляхом використання нано- та субмікронних порошкових композицій, зміни їх фазового складу, визначення закономірностей вільного спікання та реакційного спікання під тиском. Захищаються результати досліджень структурних механізмів формування матеріалів з нанодисперсних TiN, TiС, радикального впливу кисню на дифузійну коалесценцію. Рідкофазним спіканням Si3N4-нанокомпозицій одержано самоармовану кераміку з субмікронними анізотропними зернами, трансформаційним зміцненням в ZrO2, одночасним зростанням Rbm = 1000 МПа і KIс до (6,6 - 8,5) МПахм1/2. Вивчено вплив структурних факторів на процес окиснення на повітрі до 1600 °С і теплопровідність таких матеріалів. Вперше при нанодеформуванні карбіду бору спостерігався різкий пружнопластичний перехід (pop-in), оцінена теоретична міцність на зсув (23 ГПа) та гранична твердість (50 ГПа). Вперше проведено порівняльний аналіз зростання тріщин в гетеромодульних композитах В4С-МеB2, оцінена тріщиностійкість та оптимізовано структуру. Встановлено, що під час реакційного спікання під тиском у B4C-(VC-TiН2), B4C-(TiB2-TiН2) утворення та розклад твердих розчинів Ti-(V)-B-С(-О) забезпечує дисперсійне зміцнення за рахунок формування in situ диборидів TiВ2-TiB2-вторин. та VB2-TiB2 та обумовлює зростання KIс до 60% і Rbm до 40%. Абразиво- та корозійностійкі торцеві ущільнення, сопла для піскоструминної обробки, зносостійка оснастка з розроблених композитів пройшли дослідно-промислові випробування. Оптимізовано структуру AlN-Mo композиту з діелектричною матрицею і металічними включеннями для досягнення максимальної діелектричної проникності. Для порівняння двофазних композитів запропоновано оцінку поглинання L. Високофункціональна AlN-кераміка використана для ізоляції та відводу тепла.