30. Відділ конструкційної кераміки та керметів

Лабораторії

30.01. Лабораторія тугоплавких сполук рідкісноземельних елементів
30.02. Лабораторія акустичних методів дослідження матеріалів

Основні напрямки наукової діяльності

• Розробка фізичних основ cтруктурної чутливості механічних властивостей конструкційної кераміки та керметів.
• Cтворення нових керамічних і металокерамічних матеріалів на базі прогресивних технологій для вузлів важконавантажених і високотемпературних агрегатів.

Найкращі результати

2017 рік

РОЗРОБКА ЖАРОСТІЙКИХ, ЖАРОМІЦНИХ КЕРАМІЧНИХ МАТРИЧНИХ КОМПОЗИТІВ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЖАРОВИХ ТРУБ ТА ІНШИХ ДЕТАЛЕЙ КАМЕР ЗГОРЯННЯ

В умовах випробувань на стискання в вакуумі розроблена методика дослідження повзучості УВТК. Для УВТК кераміки досліджених систем процес повзучості розвивався в інтервалі температур 1700-2100 ° С з переходом до руйнування кераміки при деформаціях в середньому 50-60% (при мінімальному рівні деформації руйнування 25%). Енергія активації процесу повзучості знаходиться в інтервалі 4.3-11 Єв. Кераміка ZrB₂-SiC зберігала цілісність і не руйнувалася в умовах експерименту навіть при деформації 65%, при розвитку процесу повзучості з енергією активації процесу 6.3 еВ (чл.-кор. НАН України О.М.Григорьєв, В.Б.Винокуров)

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ОТРИМАННЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОЇ КЕРАМІКИ ТА IN-SITY КОМПОЗИТІВ НА БЕЗКИСНЕВИХ ТУГОПЛАВКИХ СПОЛУК ДЛЯ АВІАКОСМІЧНОЇ ТЕХНІКИ ТА ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ

Виявлено кореляційні (функціональні) зв"язки між основними механічними характеристиками кераміки, в першу чергу які зв"язують зернограничну міцність з такими характеристиками як тріщиностійкість, межа міцності при стисненні, напруга течії, що є фактичною причиною структурної чутливості механічних властивостей крихких матеріалів та основою нових підходів щодо отримання керамічних матеріалів із заданими властивостями. Зокрема, природа відмінностей властивостей кераміки, отриманої в умовах вакуумного гарячого пресування і гарячого пресування в атмосфері СО-СО₂ зводиться до відмінностей в зернограничній міцності матеріалів, що формуються і їх дефектного стану. Розроблено склади і нова технологія вакуумного спікання кераміки на основі бориду цирконію, замість загальноприйнятої технології гарячого пресування, з отриманням кераміки при відносно низьких температурах (1900-1950^оС) з величинами механічних характеристик характерних для кераміки, одержаної при гарячому пресування. В рамках нової технології отримана кераміка з тріщиностійкістю 5,5 МПа.м1/2 та міцністю при згині 375 МПа. (чл.-кор НАН України О.М.Григорьєв, Т.В.Мосіна, В.Б. Винокуров, О.В. Коротєєв, П. В. Мазур, Л.М.Мелах)

СТРУКТУРНО-ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ У ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ПРОЦЕСАХ СПІКАННЯ, ОРІЄНТОВАНОЇ КРИСТАЛІЗАЦІЇ, ТЕРМОМЕХАНІЧНОГО ВПЛИВУ ТА ОКИСЛЕННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ БОРИДІВ ТА БОРОВМІЩУЮЧИХ ТУГОПЛАВКИХ СПОЛУК

Розроблено спосіб отримання кераміки в режимі реакційного гарячого пресування для ультрависокотемпературної кераміки на основі ZrB₂. Механічні властивості такої кераміки показують високий їх рівень, характерний для високоміцної УВТК (контактна міцність при стисканні та розтягуванні 3,5 та 0,5 ГПа відповідно, тріщиностійкість 4,9 МПа.м1/2). Попередня механоактивація шихти кераміки, зокрема в композиції 80 об.%ZrB₂+15%об.SiC+5%об. 4C, дозволяє різко збільшити швидкість спікання, отримати високу щільність і низьку пористість кераміки при формуванні УВТК в умовах гарячого пресування при зниженні температури гарячого пресування кераміки на 150–200 °С (чл.-кор. НАН України О.М.Григорьєв, Т.О.Людвинська)

МЕХАНІЗМ ТРИБООКИСЛЕННЯ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ TICN-CR₃C₂ ТА ПОВЕДІНКА ПРИ ТЕРТІ ТА ЗНОСІ ПРИ ПІДВИЩЕНІЙ ТЕМПЕРАТУРІ

Вперше експериментально виявлено явище адгезійного механізму зносу крихких тіл (алмаз в умовах шліфування алмазними частками) в умовах пружно-адгезійного контакту. Наявність напруг, що розтягують на периферії абразивної частинки (при напрузі всебічного стиснення в центрі контакту) призводить до формування напівкільцевих герцевських тріщин і до адгезійного виривання ділянок поверхні всередині площадки контакту. Саме з цим механізмом адгезійного зносу алмазу при його поліруванні пов"язані адгезійні кратери в зонах контакту. Пластична деформація, що виникає на стадії пружного контактної взаємодії та інтенсифікується в умовах адгезійного контакту вносить додатковий вклад у зношування крихкого тіла (чл.-кор. НАН України О.М.Григорьев, Б.А.Галанов)

2016 рік

РОЗРОБКА УЛЬТРАВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ КЕРАМІЧНИХ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ БОРИДІВ ТА НІТРИДІВ ДЛЯ ПОТРЕБ ЕНЕРГЕТИКИ

Методами рентгенографії вивчено напружено-деформрваний ствн композитів ZrB₂ – SiC. Показано, що рівень максимальних мікронапружень на розтяг залежить від міцності у мікрооб”ємах матеріалу (для вивчаємих полікристалів від зернограничної міцності), від якої залежить широкий набір механічних характеристик крихких матеріалів (міцність на стискання та розтягнення, тріщиностійкість, макротвердість).

Досліджено напружено-деформований стан двофазних композитів ZrB₂ – SiC в залежності від умов спікання при гарячому пресуванні та повзучості по механізму зернограничного просковзування. Виявлено, що при гарячому пресуванні кераміки при температурах 1800-2100 °С з-за процесів релаксації по границям в інлервалі температур до 1300 °С, термічні напруження у фазах ZrB₂ та SiC є суттєво меньшими, ніж очікується, згідно з температурою гарячого пресування. Подальша релаксація напружень при повзучості призводмть до подвльшого зниження напружень (на 90-300 МПа).(чл.-кор НАН України О.М.Григорьєв, Т.В.Мосіна, Л.М.Мелах, В.Б. Винокуров, О.В. Коротєєв, М.Д.Бега)

ПРОЦЕСИ КОНСОЛІДАЦІЇ ТА ФОРМУВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ НОВИХ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ЗНОСО-, КОРОЗІЙНО-, ТА УДАРОСТІЙКИХ КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ КОНСТРУКЦІЙНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ НА ОСНОВІ БОРИДІВ ТА ІНШИХ БЕЗКИСНЕВИХ ТУГОПЛАВКИХ СПОЛУК

Проведено дослідження твердофазної взаємодії бориду цирконію і композиту на його осногві ZrB₂–20SiC з хромом, встановлена кінетика і температурна залежність реакції та фазовий склад продуктів. Основними з них виявилися Cr₂B та CrB. Реакція протікає на стороні хрому і контролюється швидкістю дифузії атомів бору із кристалічної гратки бориду цирконію. При цьому добавка карбіду кремнію в борид, не впливаючи на фазовий склад продуктів реакції, інтенсифікує процес взаємодії. При досягненні температур контактного плавлення фазовий склад зони взаємодії урізноманітнюється до утворення потрійних сполук. При кристалізації із розплава в рамках розчинності реалізується можливість легування окремих боридів зі своїми кристалічними гратками. Хром є одним із тугоплавких металів з найбільшою пружністю парів та в процесі відпалу зразків ZrB₂–20SiC –Cr, навіть в невеликій кількості в шихті, випаровуючись, він рівномірно розподіляється по її об’єму, взаємодіє з поверхнею частинок борида, підвищуючи дифузійну рухливість поверхневих атомів, що в свою чергу активує їх консолідацію. (чл.-кор НАН України О.М.Григорьєв, Г.Л.Жунковський, П.В.Мазур)

РОЗРОБКА ЖАРОСТІЙКИХ, ЖАРОМІЦНИХ КЕРАМІЧНИХ МАТРИЧНИХ КОМПОЗИТІВ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЖАРОВИХ ТРУБ ТА ІНШИХ ДЕТАЛЕЙ КАМЕР ЗГОРЯННЯ

Розроблено склади та технологію отрмання ультрависокотемпературної кераміуи системи ZrB₂ + (SiC, MoSi₂) +(MeSi₂, MeB₂, где Me – W,Cr та ін.). Оптимізацію складів та режимів виготовлення виконано в рамках розробленого підходу к отриманню матеріалів з раніш заданими властивостями (структурного конструювання кераміки) по схемі: склади та технологія отримання композиційного матеріалу → зерногранична міцність кераміки → механічні та службові характеристики. Для розроблених матеріалів їх атестація при кімнатній температурі показала досягнення наступних характеристик – міцність при кімнатній температурі – до 700 МПа, тріщиностійкість ~5.5 MПa*м^1/2, термостійкість – 6000 циклів термоциклювання без деградації міцності. (чл.-кор НАН України О.М.Григорьєв, В.Б. Винокуров, О.В. Коротєєв, Т.В.Мосіна, Л.М.Мелах, М.Д.Бега, Г.Л.Жунковський)

Координаційна діяльність

Чл. – кор. НАН України Григорьев О.М. – експерт Українського Державного центру науково-технічної та інноваційної експертизи.

Чл. – кор. НАН України Григорьев О.М. заступник голови науково-технічної ради „Фізико-технічні проблеми матеріалознавства” при Міністерстві освіти України.

Опубліковані тези

1. I.Neshpor, O.Grigoriev, V.Vinokurov,L.Melakh, M.Parco, I Fagoaga,L.Silvestroni ZrB2 - Based Ceramics Thermal Sprayed Coatings. / E-MRS Fall Meeting , 15-18th September,2016 Warsaw University of Technology, Poland, abstract, p.139.

2. I.Neshpor, O.Grigoriev, V.Vinokurov,L.Melakh, M.Parco, I Fagoaga,L.Silvestroni/The Mechanism of UHTCs Structure and Properties Formation./ E-MRS Fall Meeting, 15-18th September,2016 Warsaw University of Technology, Poland, abstract, p.140.

Співробітники

Григорьєв О.М.
чл.-кор., д.ф.-м.н.

Бега М.Д.
ст.н.сп., к.ф.-м.н.

Бережинський І.Л.

Берсудський Є.Й.

Ведель Д.В.
д.ф.

Винокуров В.Б.

Жунківський Г.Л.
ст.н.сп., к.т.н.

Козак І.В.

Мазур П.В.

Мосіна Т.В.
ст.н.сп., к.т.н.

Нешпор І.П.
ст.н.сп., к.т.н.

Панашенко В.М.
к.т.н.

Субботін В.І.

Ткачук Н.Д.

Юречко Д.В.
к.т.н.

Публікації

2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 >> 1997 Всі Довідник