Синтез композитов ZrB2–CrB методом электротеплового взрыва под давлением

А.В. Щербаков, В.А. Щербаков, В.Ю. Баринов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 09 октября 2018; Исправлена: 08 ноября 2018; Принята: 13 декабря 2018
Цитирование: А.В. Щербаков, В.А. Щербаков, В.Ю. Баринов. Синтез композитов ZrB2–CrB методом электротеплового взрыва под давлением. Письма о материалах. 2019. Т.9. №1. С.39-44
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-1-39-44

Аннотация

Зависимости температуры и скорости изменения электрического тока в ходе ЭТВ гетерогенных смесей с содержанием (Cr+B):1) 90; 2) 80; 3) 70 % мас., полученных при P=96 МПа и U=11 В.В работе представлены исследования по получению композитов ZrB2–CrB методом электротеплового взрыва (ЭТВ) в условиях квазиизостатического сжатия. Исследуемый образец, спрессованный из смеси порошков циркония, хрома и бора, нагревали прямым пропусканием электрического тока до температуры воспламенения. При этом происходит срыв теплового равновесия за счет выделения тепла от экзотермической реакции синтеза тугоплавких соединений ZrB2 и CrB. Длительность ЭТВ гетерогенной смеси составляют секунды. Под действием внешней нагрузки происходит консолидация горячего продукта ЭТВ и образование плотного СВС-композита. На основе термодинамических данных рассчитаны адиабатическая температура горения и составы равновесного конечного продукта. Показана зависимость адиабатической температуры горения от состава и начальной температуры. Представлены экспериментальные зависимости температуры исследуемого образца и скорости изменения электрического тока в ходе ЭТВ от состава реакционной смеси. При увеличении содержания циркония в смеси увеличиваются время предвзрывного разогрева и скорость роста температуры при тепловом взрыве, а температура воспламенения и максимальная температура ЭТВ не изменяются. Определены условия осуществления режима теплового взрыва исследуемых составов. При содержании (Zr+2B) в смеси более 30 % мас. джоулева нагрева и теплового взрыва образца не происходит, что связано с высокой диэлектрической проницаемостью оксидной пленки на поверхности частиц циркония. Изучен фазовый состав и микроструктура СВС-композитов. Показано, что в ходе экзотермического синтеза формируется равновесный продукт, содержащий твердый ZrB2 (дисперсная фаза) и расплавленный CrB (керамическая связка). Получены СВС-композиты, содержащие моноборида хрома 70–90 % мас.

Ссылки (25)

1. G. V. Samsonov, T. I. Serebryakova, V. A. Neronov. Borides. Moscow, Atomizdat (1975) 376 p. (in Russian) [Г. В. Самсонов, Т. И. Серебрякова, В. А. Неронов. Бориды. Москва, Атомиздат (1975) 376 c.].
2. A. G. Merzhanov. Combustion processes and synthesis of materials. Chernogolovka, ISMAN (1998) 512 p. (in Russian) [А. Г. Мержанов. Процессы горения и синтез материалов. Черноголовка, ИСМАН (1998) 512 с.].
3. W. G. Fahrenholtz, G. E. Hilmas, I. G. Talmy, J. A. Zaykoski. J. Am. Ceram. Soc. 95 (5), 1347 (2007). Crossref
4. E. A. Levashov, A. S. Rogachev, V. I. Yukhvid, I. P. Borovinskaya. Physico-chemical and technological bases of self-propagating high-temperature synthesis. Moscow, BINOM (1999) 175 p. (in Russian) [Е. А. Левашов, А. С. Рогачев, В. И. Юхвид, И. П. Боровинская. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Москва, БИНОМ (1999) 175 с.].
5. V. A. Shcherbakov, A. N. Gryadunov, Yu. N. Barinov, O. I. Botvina. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 1, 18 (2018). (in Russian) [Щербаков В. А, Грядунов А. Н., Баринов Ю. Н., Ботвина О. И. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 1, 18 (2018).]. Crossref
6. V. A. Shcherbakov, A. N. Gryadunov, N. V. Sachkova, A. V. Samokhin. Letters on Materials. 5 (1), 20 (2015). (in Russian) [В. А. Щербаков, А. Н. Грядунов, Н. В. Сачкова, А. В. Самохин. Письма о материалах. 5 (1), 20 (2015).]. Crossref
7. A. L. Chamberlain, W. G. Fahrenholtz, G. E. Hilmas. J. Am. Ceram. Soc. 89 (2), 450 (2006). Crossref
8. A. L. Chamberlain, W. G. Fahrenholtz, G. E. Hilmas. J. Eur. Ceram. Soc. 29 (16), 3401 (2009). Crossref
9. S. Q. Guo et al. J. Am. Ceram. Soc. 91 (9), 2848 (2008). Crossref
10. A. V. Shcherbakov, V. Yu. Barinov, A. S. Shchukin, I. D. Kovalev, V. A. Shcherbakov, T. D. Malikina, A. I. Alhimenok. Fundamental research. 11 (2), 344 (2017). (in Russian) [А. В. Щербаков, В. Ю. Баринов, А. С. Щукин, И. Д. Ковалев, В. А. Щербаков, Т. Д. Маликина, А. И. Альхименок. Фундаментальные исследования. 11 (2), 344 (2017).].
11. A. A. Shiryaev. Int. J. of SHS. 4 (4), 351 (1995).
12. P. K. Liao, K. E. Spear. Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 7 (3), 232 (1986). Crossref
13. J. M. Lonergan, W. G. Fahrenholtz, G. E. Hilmas. J. Am. Ceram. Soc. 97 (6), 1689 (2014). Crossref
14. L. Han et al. Appl. Phys. Lett. 106 (22), 221902 (2015). Crossref
15. H. L. Deng et al. Key Eng. Mat. 373 - 374, 35 (2008). Crossref
16. V. A. Shcherbakov, A. N. Gryadunov, A. S. Shteinberg. J. of Engineering Physics and Thermophysics. 63 (5), 1111 (1992). Crossref
17. K. I. Portnoi, V. M. Romashov, I. V. Romanovich. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 8 (4), 298 (1969). Crossref
18. V. A. Valtsifer, A. E. Stepanov. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 25 (4), 65 (1989). (in Russian) [В. А. Вальцифер, А. Е. Степанов. ФГВ. 25 (4), 65 (1989).].
19. Yu. V. Frolov, A. N. Pivkina. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 33 (5), 3 (1997). (in Russian) [Ю. В. Фролов, А. Н. Пивкина. ФГВ. 33 (5), 3 (1997).].
20. S. A. Rashkovskiy. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 35 (5), 65 (1999). (in Russian) [С. А. Рашковский. ФГВ. 35 (5), 65 (1999).].
21. N. A. Kochetov, A. S. Rogachev, A. N. Emelyanov, E. V. Illarionova, V. M. Shkiro. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 40 (5), 74 (2004). (in Russian) [Н. А. Кочетов, А. С. Рогачев, А. Н. Емельянов, Е. В. Илларионова, В. М. Шкиро. ФГВ. 40 (5), 74 (2004).].
22. R. Holm. Electric contacts. Moscow, Publishing house of foreign literature (1961) 464 p. (in Russian) [Р. Хольм.Электрические контакты. Москва, Изд. иностр. лит. (1961) 464 с.].
23. X. Liu et. al. Int. J. of Computer Aided Engineering and Technology. 1 (1), 94 (2008). Crossref
24. A. S. Klimov. Contact welding. Management issues and improve the stability of quality. Moscow, FIZMATLIT (2011) 216 p. (in Russian) [А. С. Климов. Контактная сварка. Вопросы управления и повышения стабильности качества. Москва, ФИЗМАТЛИТ (2011) 216 c.].
25. V. A. Shcherbakov, A. V. Shcherbakov, M. I. Alymov, V. Yu. Barinov, I. D. Kovalev, T. D. Malikina, A. I. Alhimenok. Fundamental research. 2, 39 (2017). (in Russian) [В. А. Щербаков, А. В. Щербаков, М. И. Алымов, В. Ю. Баринов, И. Д. Ковалев, Т. Д. Маликина, А. И. Альхименок. Фундаментальные исследования. 2, 39 (2018).].

Цитирования (1)

1.
A. V. Shcherbakov, A. E. Sychev. Combust Explos Shock Waves. 57(2), 196 (2021). Crossref

Другие статьи на эту тему