Прогнозирование механических свойств высокотемпературных керамических материалов

Получена: 19 сентября 2017; Исправлена: 06 октября 2017; Принята: 06 октября 2017
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: В.А. Скрипняк, В.В. Скрипняк. Прогнозирование механических свойств высокотемпературных керамических материалов. Письма о материалах. 2017. Т.7. №4. С.407-411
BibTex   DOI: 10.22226/2410-3535-2017-4-407-411

Аннотация на русском языке

Решение актуальных задач развития современной аэрокосмической техники, энергетического машиностроения, создания ионно-плазменных технологий обработки изделий и материалов, разработка ядерных энергетических реакторов четвертого поколения требует изготовления элементов конструкций из материалов, способных эксплуатироваться в диапазоне температур от 1600 до 2200 К. В работе предлагается модель для прогноза механических свойств высокотемпературных керамических композитов и расширяющих  понимание закономерностей их разрушения при повышенных температурах в условиях интенсивных динамических воздействий.Предложена модель для прогнозирования механических свойств высокотемпературных керамических материалов в широком диапазоне температур. Модель может быть полезна для прогнозирования механических свойств высокотемпературных керамических композитов при динамическом нагружении и тепловом ударе. Представлены результаты расчетов выполненных с учетом нелинейности в зависимости нормализованных модулей упругости от температуры в диапазоне гомологических температур 0.2 - 0.62. Представлены прогнозы величин остаточных напряжений, возникающие в композитах ZrB2 армированных частицами тугоплавких боридов, карбидов и нитридов после селективного лазерного спекания и электроимпульсного плазменного спекания. Показано, что параметр трещиностойкости K1C высокотемпературных керамических материалов увеличивается при температурах спекания в диапазоне (0.45 – 0.62) T/Tm. Остаточные напряжения в матрице композитов могут отличаться по знаку из-за разницы между коэффициентами термического расширения матрицы и включения. Показано, что параметр трещиностойкости К1С и изгибная прочность композитов с ZrB2 матрицей может быть повышена на 25% при введении включений тугоплавких упрочняющих фаз. Зависимость нормализованной прочности при сжатии композитов ZrB2–B4C от логарифма нормализованной скорости деформации может быть описана степенным законом в диапазоне скоростей деформации от 10^-3 до 10^6 c^-1 и температур от 295 К до 1673 К.. Результаты моделирования подтверждают, что технологии селективного лазерного спекания и электроимпульсного плазменного спекания могут быть использованы для производства керамических композитов на основе высокотемпературных керамических композитов с высокими значениями удельной прочности и трещиностойкости .

Ссылки (22)

1.
S.‑Q. Guo, J. of Eur. Ceram. Soc., 29, 995 (2009). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2008.11.008
2.
J. Deckers, J. Vleugels, J.‑P. Kruth, J. Ceram. Sci. Tech., 5, 245 (2014). DOI: 10.4416/JCST2014-00032
3.
S. Pattnaik, M. C. Leu, and G. E. Hilmas, J. of Virtual and Physical Prototyping, [cited 4 April 2015]. Available from: http:// www.dtic.mil / cgi-bin / GetTRDoc?AD
4.
Handbook of Ceramic Composites. Ed. by N. P. Bansal. Boston / Dordrecht / London. Kluwer Academic Publishers. 2005. 554 p. ISBN 1 4 2 0 – 8133 – 2.
5.
G. B. Yadhukulakrishnan, S. Karumuri, A. Rahman, et al., Ceram. Int., 39, 6637 (2013).
6.
E. Zapata-Solvas, D. D. Jayaseelan, H. T. Lin, et al., J. Eur. Ceram. Soc., 33, 1373 (2013). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.12.009
7.
C. Hu, Y. Sakka, H. Tanaka, et al., J. Alloys and Comp., 494, 266 (2010). DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.01.006
8.
S. Guo, Y. Kagawa, T. Nishimura, H. Tanaka, Ceram. Int., 34, 1811 (2008).
9.
S. G. Huang, K. Vanmeensel, J. Vleugels, J. Eur. Ceram. Soc., 34, 1923 (2014). 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.01.022
10.
W. Pabst, E. Gregorova, G. Tich, J. Eur. Ceram. Soc, 26, 1085 (2006). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.01.041
11.
J. Watts, G. E. Hilmas, W. G. Fahrenholtz, J Eur. Ceram. Soc., 30, 2165 (2010). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2010.02.014
12.
J. W. Zimmermann, G. E. Hilmas, W. G. Fahrenholtz, Mater. Chem. Phys. 112, 140 (2008). DOI: 10.1016/j.matchemphys.2008.05.048
13.
L. Silvestroni, D. Sciti, C. Melandri, S. Guicciardi, J. Eur. Ceram. Soc., 30, 2155 (2010). DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.11.012
14.
W. G. Li, R. Z. Wang, D. Y. Li, D. N. Fang, Phys. Res. Int., 2011, 1 (2011). DOI: 10.1155/2011/791545
15.
W. G. Li, F. Yang, D. N. Fang, Acta Mech. Sinica, 26, 235 (2010). DOI: 10.1007/s10409-009-0326-7
16.
D. E. Wiley, W. R. Manning, O. Hunter, JR., J. Less-Common Metalls, 18., 149 (1969).
17.
S. Guicciardi, A. K. Swarnakar, O. Van der Biest et al., Scripta Mater. 62, 831 (2010). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.02.011
18.
S. Iikubo, H. Ohtani and M. Hasebe, Mater. Trans., 51, 574 (2010). DOI: 10.2320/matertrans.MBW200913
19.
L. Rangaraj, S. J. Suresha, C. Divakar, and V. Jayaram, Metal. and mater. Trans. A, 39A, 831 (2008). DOI: 10.1007/s11661-008-9500-y
20.
J. Yin, Z. Huanga, X. Liu et al., Mater. Sci. & Eng. A, 565, 414 (2013).
21.
J. K. Sonber, T. S. R. Ch. Murthy, C. Subramanian, et al., Int. J. of Refr. Metal. and Hard Mater., 29, 21 (2011). DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2010.06.007
22.
I. K. Vaganova, V. A. Skripnyak, V. V. Skripnyak, E. G. Skripnyak, Appl. Mech. and Mater., 756 , 187(2015).