Вплив вуглецю на структуроутворення та властивості гетерофазних керамік на основі сполук перехідних металів

Дібров В.В. Вплив вуглецю на структуроутворення та властивості гетерофазних керамік на основі сполук перехідних металів : дис. ... доктора філософії : 104 Фізика та астрономія. Київ, 2026. 159 с.

Дібров В.В. Вплив вуглецю на структуроутворення та властивості гетерофазних керамік на основі сполук перехідних металів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 10 Природничі науки за спеціальністю 104 Фізика та астрономія.
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2026.
У дисертаційній роботі представлено дослідження впливу вуглецю на структуроутворення та властивості гетерофазних керамік на основі сполук перехідних металів.
Дисертація складається зі вступу, п’яти оригінальних розділів, загальних висновків роботи та списку використаних джерел.
У вступі обґрунтовано актуальність обраної тематики дослідження та сформульовано мету дисертаційної роботи – встановлення фізико-хімічних закономірностей впливу вуглецю на кінетику синтезу, процеси структуроутворення та формування мікроструктури в гетерофазних системах на основі боридів, карбідів та нітридів перехідних металів (Zr, Ti, V), а також розробка наукових принципів створення на їхній основі керамічних матеріалів і мікроламінатів із підвищеною тріщиностійкістю та стійкістю до екстремальних термічних навантажень. Об’єктом дослідження в роботі є механізми структуроутворення, фазових перетворень та формування фізико-механічних і теплофізичних властивостей гетерофазних керамічних матеріалів на основі сполук перехідних металів. Предметом дослідження є взаємозв’язок між вмістом вуглецю, умовами термічної та механохімічної обробки й закономірності формування дрібнозернистої або шаруватої структури, а також фізико-хімічні механізми підвищення тріщиностійкості та термічної стабільності в гетерофазних системах.
У першому розділі представлено огляд сучасного стану досліджень структуроутворення та формування мікроструктури в композитних керамічних системах на основі сполук перехідних металів. Розглянуто
практичну значимість досліджень підвищення експлуатаційних характеристик керамічних композитів, зокрема для використання в енергетиці, охороні здоров’я, аерокосмічній та оборонній галузі. Проаналізовано механізми покращення термофізичних характеристик в композитах на основі карбідів, нітридів, боридів металів I-IV групи, наведено основні результати досліджень методів синтезу композитів на їх основі. Проведено огляд стану сучасних досліджень, пов’язаних з новітніми методами обробки порошкової шихти та реакційного синтезу керамічних композитів відповідних систем.
У другому розділі описано методику досліджень. Зокрема, наведено методи вимірювання та оцінки механічних характеристик керамічних композитів, що включають густину, твердість за Віккерсом, тріщиностійкість та стікість до термічного удару. Наведено методи дослідження мікроструктури керамічних матеріалів, такі як рентгенівська дифрактометрія та скануюча електронна мікроскопія.
У третьому розділі представлені результати досліджень керамік на основі твердофазних сполук ZrB2 та SiC з вуглецевими включеннями, отриманих методами безреакційного та реакційного спікання. Зокрема досліджено вплив вмісту вуглецю на кінетику конвенційного спікання керамік, механічні характеристики, особливості теплового транспорту в кераміках та проведено порівняльний аналіз формування структури під час реакційного та безреакційного синтезу керамік ZrB2-SiC-C. Показано, що реакційні методи спікання мають ряд переваг порівняно з безреакційними методами синтезу. Збільшення частки вуглецю в керамічних композитах систем ZrB2-SiC-C призводить до зниження твердості та підвищення тріщиностійкості, а також стійкості до термічного удару. Теплопровідність реакційно пресованих зразків збільшується з вмістом ZrB2, що пояснюється низьким термічним опором на межах ZrB2-C, а нереакційні зразки продемонстрували протилежну тенденцію.
У четвертому розділі представлені результати досліджень шаруватих керамічних композитів на основі TiB2, отриманих методами реакційного гарячого пресування. Зокрема досліджено фізичні основи оптимізації таких складів, кінетику реакційного гарячого пресування керамічних композитів з шаруватою структурою, особливості механічних характеристик та мікроструктури гетеромодульних мікроламінатів на основі TiB2 з м’якими включеннями. Показано, що критерії вибору шаруватих систем на основі TiB2 включають поєднання шарів із контрастними механічними характеристиками твердість/тріщиностійкість підвищує міцність, а подібність їхніх коефіцієнтів термічного розширення запобігає напруженням і руйнуванню під час реакційного спікання. Експериментально підтверджено, що створення м’яких меж розділу змінює характер руйнування з катастрофічного на локалізоване, що гарантує підвищену міцність матеріалу при екстремальних навантаженнях.
У п’ятому розділі представлені результати досліджень механохімічного синтезу прекурсорів на основі TiC-VN та TiN-VN для виготовлення гетерофазних керамік. Зокрема досліджено структуру твердих розчинів TiC-VN, TiN-VN; кінетику їх механохімічного синтезу та вплив механохімічного синтезу на їх кристалічну гратку. Встановлено механізм формування твердих розчинів у системах TiC–VN та TiN–VN, який складається з двох стадій: перший етап (до 3 год) характеризується інтенсивним дефектоутворенням і кластеризацією атомів, а другий етап релаксацією напружень, що супроводжується активною дифузією та остаточним устворенням твердих розчинів. Виявлено, що чутливість сполук до обробки знижується в ряду VN → TiN → TiC.
Ключові слова: перехідні метали, диборид цирконію, диборид титану, карбід кремнію, гаряче пресування, тверді розчини, мікроструктура, кульовий помел, керамічний композит, ущільнення, механічні характеристики, реакційне спікання, термофізичні характеристики.