Вироби з карбіду бору мають унікальне поєднання властивостей: високу твердість, високий модуль пружності, високу теплопровідність, стійкість до агресивних середовищ. Ковалентна природа хімічного зв’язку робить карбід бору важкоущільнюваним матеріалом і потребує застосування температур спікання, які складаються 0.9-0.95 Т плавлення. Використовують такі методи спікання як гаряче пресування, ІПС, які передбачають одночасне прикладення тиску з високою температурою. Дані методи значно обмежують розміри та форми отриманих виробів, мають не високу продуктивність і є дуже енергоємними. Як результат - висока вартість виробів з карбіду бору значно лімітує його використання. Актуальним є пошук методів отримання армованих керамічних матеріалів на основі карбіду бору з порівняно низькими температурами консолідації, ніж в методах гарячого пресування та ІПС. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі – створення армованих керамічних матеріалів на основі B4C для роботи в екстремальних умовах експлуатації з високими фізико-механічними властивостями.
З метою створення армованої кераміки на основі B4C в роботі розглядається можливість отримання керамічних композитів системи B4C- Si- Св (вуглецеві волокна) з використанням методу інфільтрації пористих зразків з B4C розплавом кремнію. Метод інфільтрації дозволяє зменшити температури отримання високощільної кераміки B4C з високими механічними властивостями.
Вплив технологічних параметрів на мікроструктуру, фазовий склад та механічні властивості кераміки B4C досліджувався на інфільтрованих зразках з різною вихідною пористістю та вуглецевмісною зв’язкою. Дослідження мікроструктури показали, що зменшення вихідної пористості призводить до зменшення розміру вторинних зерен B4С за рахунок розчинення та взаємодії вихідних частинок з розплавом кремнію. Вдбувається зміна морфології частинок SiС з продовгуватої до багатогранної, неправильної форми. Зменшення вихідної пористості впливає на фазовий склад кераміки: кількість фаз B4C та SiС зменшується, а залишкового кремнію збільшується. Додавання епоксидної смоли в якості вуглецевмісної зв’язки призводить до утворення фази α-SiС.
З метою встановлення впливу армування вуглецевими волокнами на структуру, фазовий склад та фізико-механічні характеристики кераміки на основі B4C досліджувалися інфільтровані зразки з додаванням різного вмісту (0, 5, 10, 15 та 20 %) вуглецевих волокон (ВВ) до вихідного порошку B4C. Встановлено, що збільшення вмісту вуглецевих волокон сприяє збільшенню утвореної фази SiС з одночасним зменшенням кількості залишкового кремнію. Металографічними дослідженнями встановлено, що в процесі взаємодії розплаву кремнію з вуглецевими волокнами утворюються композиційні волокна з структурою «ядро (С) -оболонка (SiC)». Максимальне значення міцності на згин (510 ± 27 МПа) отриманої кераміки B4C досягається при додаванні до вихідних порошків B4C 10 % вуглецевих волокон. Найбільше значення модуля Юнга (380 ГПа) досягається при вмісті 20 % ВВ . Дослідженням фізичних властивостей (електропровідності та КТР) кераміки B4C встановлено, що зі збільшенням концентрації вуглецевих волокон електропровідність збільшується, а КТР зменшується.
З метою встановлення впливу обробки в полі контрольованого температурного градієнту (КТГ) на структуру, фазовий склад та механічні властивості кераміки на основі B4C досліджувалися попередньо інфільтровані зразки B4C з різним гранулометричним складом, отримані в результаті зонної плавки. Металографічними дослідженнями було встановлено, що застосування обробки в КТГ інфільтрованої кераміки B4C призводить до перекристалізації B4C через розплав кремнію, з подальшим утворенням композитів із міцним каркасом з дрібних зерен B4C. В той же час виявлено можливе контролювання вмісту карбіду кремнію в інфільтрованому композиті за рахунок зміни гранулометричного складу вихідного порошку B4C. Встановлено, що застосування обробки в КТГ призводить до зменшення кількості залишкового кремнію в кераміці на основі B4C за рахунок росту зерен SiС, які знаходяться в кераміці B4C після інфільтрації. Застосування обробки в КТГ призводить до збільшення твердості кераміки B4C за рахунок значного вмісту фаз (B4C, α-SiC та β-SiC) з високою твердістю. Збільшення швидкості обробки в КТГ з 5 до 10 мм/с призводить до збільшення значення міцності на розрив композитів з 138±8 МПа до 169±10 МПа за рахунок подрібнення структури кераміки і формування пластинчастих часток β-SiC.
Згідно до отриманих науково-експериментальних результатів одержані армовані композиційні матеріалів на основі В4С методом інфільтрації розплаву кремнію. Застосування армування вуглецевими волокнами дозволяє збільшити механічні властивості інфільтрованої кераміки. З інфільтрованих армованих зразків отримано керамічні пластини, для використання в якості складових елементів кромок планера безпілотних літальних апаратів
