| 16. |
Аннотация |
Твердый сплав композиционный материал, применяемый в обрабатывающей промышленности, военной технике, материал, работающий в жестких условиях эксплуатации. В этой связи важным является обеспечение надежности узлов, обрабатывающих пластин, что возможно в случае создания качественного твердого сплава. Качество твердого сплава определяется набором определенных физико-химических свойств: плотность, твердость, прочность на изгиб и др.. Обеспечение высоких характеристик этих свойств осуществляется за счет подбора режимов прессования, спекания, гранулометрического состава, легирующих элементов. Достаточно большое количество работ было проведено по влиянию различных легирующих добавок в твердые сплавы, в большинстве своем эти добавки(порошки карбида хрома, карбида тантала, карбида титана и др.) выполняют функцию торможения роста зерна. Сохранение мелкозернистой структуры позволяет получить твердый сплав с наивысшими механическими свойствами тем самым обеспечить долговечность работы твердосплавных пластин. Одним из перспективных направлений легирования или модифицирования твердого сплава является применение двумерных наноматериалов, в частности графена и его производных, таких как мультиграфен. Применение мультигрфена позволяет изменить подход при создании структуры твердого сплава. Применение мультиграфена позволяет задавать структуру твердого сплава и управлять ей. Это обосновывается тем, что мультиграфен представляет собой структуру состоящую от 2 до 20 слоёв графена и при добавлении его в твердый сплав он способствует процессу спекания. При взаимодействии мультиграфена с кобальтом идет его растворение, что способствует появлению жидкой фазы при температуре ниже, чем спекаются стандартные твердые сплавы, во-вторых мультиграфен обеспечивает эффект критического( полного смачивания), что способствует активному проникновению жидкой составляющей в пористое пространство. Таким образом, добавки мультиграфена позволят снизить температуру спекания, повысить плотность спекаемых изделий, сохранить мелкозернистую структуру, а при работе твердого сплава кристаллизовавшиеся частицы мультиграфена будут понижать коэффициент трения и тем самым увеличивать срок эксплуатации и надежность твердосплавных пластин. Таким образом добавление мультиграфена позволит получить эксплуатационные свойства твердосплавных пластин выше мирового уровня.
Титан и его сплавы получили широкое применение в авиационной промышленности ввиду своих высоких прочностных характеристик. Повышение грузоподъемности самолетов ведет к повышению требований физико-механических свойств материалов. В частности, применение титана и его сплавов в отечественном самолете МС-21, обозначает необходимость выпуска качественных сплавов, а также необходимость повышения свойств титановых сплавов применяемых сейчас. Надежность сплава и его долговечность являются главными критериями, предъявляемыми к изделиям из титана и его сплавов. В свою очередь эти критерии характеризуются качеством и высокими физико-механическими свойствами материала. Достичь высоких механических характеристик титана и его сплавов возможно посредством термической и механической обработки и легированием его различными материалами. Легирование различными элементами в свою очередь позволяет создать твердые растворы, повышающие эксплуатационные характеристики. Отличительной особенностью при легировании мультиграфеном является то, что он наносится на поверхность порошка перед спеканием. В процессе спекания мультиграфен обеспечивает снижение температуры начала процесса спекания, как при жидкофазном, так и при твердофазном спекании. В результате спекания по границам зерен титана или его сплава образуется прочный каркас из карбида титана, который значительно повышает механические характеристики спеченного материала. Таким образом, получается армированный композит. Композит представляет собой титан или сплав, границы зерен которого упрочнены карбидом титана. Карбид титана образуется в результате взаимодействия мультиграфена и титана в процессе спекания. Таким образом, упрочнение титана и его сплавов путем введения мультиграфена сможет позволить повысить прочностные и эксплуатационных характеристики в несколько раз.
Для исследований атмосферы применяют метеорологические и геофизические ракеты. Они позволяют собирать данные температуры давления, скорости движения воздушных масс и др. Все это составляет важный массив данных, используемый при прогнозировании погодных явлений. Прогнозирование является важной задачей, в особенности для сложных климатических условий. В частности к этим условиям относится Арктика. Запуск метеорологических и геофизических ракет осуществляется либо с автомашины, либо с использованием специальных конструкций. Однако в тяжелых арктических условиях запуск таких ракет необходимо осуществлять из автомашины, что позволяет добраться до пункта запуска метеорологической или геофизической ракеты и вернуться обратно после ее запуска. При этом необходимо обеспечить нахождение экипажа в машине, так как суровые погодные условия не позволят долго находиться экипажу вне машины, особенно в условиях каждодневных запусков. На сегодняшний день существуют два фактора, которые могут препятствовать нахождению экипажа в машине вовремя запуска, это температурное воздействия и ударная волна. При этом всем материал защиты должен быть легким и относительно недорогим. Защита является выдвижной, то есть она перевозится на автомашине, а во время запуска метеорологической или геофизической ракеты выдвигается. Полимерные материалы ввиду их относительной дешевизны, в сравнение с углеродными волокнистыми материалами, являются перспективным кандидатом для создания подобной защиты. В сочетании с аддитивными технологиями производимые панели будут иметь необходимую форму и габариты, что позволит их применять без дополнительных обработок. Однако сами по себе полимерные материалы не обеспечат необходимый уровень защиты от ударной волны и воздействия температуры. Необходимо произвести разработку композиционных полимерных наполненных композитов. В качестве материалов наполнителей будут использоваться керамические порошки(Карбид бора, карбид кремния, нитрид бора и др.) и углеродные порошки(графен, наноалмаз и др.), а также волокна на их основе( усы). В качестве материала основы предполагается использовать полиамидные материалы.
Таким образом, разработка композиционных материалов таких как твердый сплав и титан модифицированных мультиграфеном, а также полимер-керамических композитов аддитивным способом является важной фундаментальной задачей материаловедения и нанотехнологий. |