Дібров, Володимир ВолодимировичВолодимир ВолодимировичДібровКурилюк, Василь Васильович2026-04-102026-04-102026-04-03Дібров 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.УДК 538.9;539.3;539.8https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/15356Дібров 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.Dibrov V. V. Influence of carbon on structure formation and properties of transition metal-based heterophase ceramics. – Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in the field of study 10 Natural sciences in the specialty 104 Physics and Astronomy. Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2026. The dissertation presents a study of the influence of carbon on the structure formation and properties of heterophase ceramics based on transition metal compounds. The dissertation consists of an introduction, five original chapters, general conclusions, and a list of references. The introduction substantiates the relevance of the chosen research topic and formulates the goal of the dissertation work - establishing the physicochemical patterns of the influence of carbon on the kinetics of synthesis, the processes of structure formation and microstructure formation in heterophase systems based on borides, carbides and nitrides of transition metals (Zr, Ti, V), as well as developing scientific principles for creating ceramic materials and microlaminates based on them with increased fracture toughness and resistance to extreme thermal loads. The object of research in the work is the mechanisms of structure formation, phase transformations and the formation of physicomechanical and thermophysical properties of heterophase ceramic materials based on transition metal compounds. The subject of research is the relationship between the carbon content, the conditions of thermal and mechanochemical treatment and the patterns of formation of a fine-grained or layered structure, as well as the physicochemical mechanisms of increasing crack resistance and thermal stability in heterophase systems. The first chapter presents an overview of the current state of research on structure formation and microstructure formation in composite ceramic systems based on transition metal compounds. The practical significance of research on 5 improving the performance characteristics of ceramic composites, in particular for use in the energy, healthcare, aerospace and defense industries, is considered. The mechanisms for improving thermophysical characteristics in composites based on transition metal compounds are analyzed. The main results of research on methods for synthesizing composites based on transition metal compounds are presented. The state of modern research related to the latest methods of powder charge processing and reaction synthesis of ceramic composites based on transition metal compounds is reviewed. The second chapter describes the research methodology. In particular, methods for measuring and evaluating the mechanical characteristics of ceramic composites, including density, Vickers hardness, fracture toughness, and thermal shock resistance, are presented. Methods for studying the microstructure of ceramic materials, such as X-ray diffractometry and scanning electron microscopy, are presented. The third chapter presents the results of studies of ceramics based on solid-phase compounds ZrB2 and SiC with carbon inclusions, obtained by the methods of non-reactive and reactive sintering. In particular, the influence of carbon content on the kinetics of non-reactive sintering of ceramics, mechanical characteristics, features of heat transport in ceramics were investigated, and a comparative analysis of structure formation during the reactive and non-reactive synthesis of ZrB2-SiC-C ceramics was conducted. It was shown that reactive sintering methods have a number of advantages compared to non-reactive synthesis methods. An increase in the carbon content in ceramic composites of the ZrB2-SiC-C systems leads to a decrease in hardness and an increase in fracture toughness, as well as resistance to thermal shock. The thermal conductivity of reactively pressed samples increases with the ZrB2 content, which is explained by the low thermal resistance at the ZrB2-C interfaces, while non-reactive samples demonstrated the opposite trend. The fourth chapter presents the results of studies of layered ceramic composites based on TiB2, obtained by reactive hot pressing methods. In particular, the physical foundations of optimization of such compositions, the kinetics of 6 reactive hot pressing of ceramic composites with a layered structure, the features of the mechanical characteristics and microstructure of heteromodular microlaminates based on TiB2 with soft inclusions were investigated. It is shown that the criteria for selecting layered systems based on TiB2 include a combination of layers with contrasting mechanical characteristics (hardness/fracture toughness) increases strength, and the similarity of their coefficients of thermal expansion prevents stresses and fracture during reaction sintering. It is experimentally confirmed that the creation of soft interfaces changes the nature of fracture from catastrophic to localized, which guarantees increased strength of the material under extreme loads. The fifth chapter presents the results of studies on the mechanochemical synthesis of precursors based on TiC-VN and TiN-VN for the production of heterophase ceramics. In particular, the structure of solid solutions of TiC-VN, TiN-VN was studied; the kinetics of their mechanochemical synthesis and the effect of mechanochemical synthesis on their crystal lattice. The mechanism of formation of solid solutions in the TiC–VN and TiN–VN systems was established, which consists of two stages: the first stage (up to 3 h) is characterized by intensive defect formation and clustering of atoms, and the second stage is stress relaxation, which is accompanied by active diffusion and the final formation of solid solutions. It was found that the sensitivity of compounds to processing decreases in the series VN → TiN → TiC. Keywords: transition metals, zirconium diboride, titanium diboride, silicon carbide, hot-press sintering, solid solutions, microstructure, ball milling, ceramic composite, densification, mechanical properties, reactive sintering, thermophysical properties.ukперехідні металидиборид цирконіюдиборид титанукарбід кремніюгаряче пресуваннятверді розчинимікроструктуракульовий помелкерамічний композитущільненнямеханічні характеристикиреакційне спіканнятермофізичні характеристики.transition metalszirconium diboridetitanium diboridesilicon carbidehot-press sinteringsolid solutionsmicrostructureball millingceramic compositedensificationmechanical propertiesreactive sinteringthermophysical properties.Дисертація