Lаborаtoriya ishi №6 Kremniy karbidi asosli materiallarning fizik-mexanik xossalarini o’rganish. Uglerod-kremniy asosli materiallarda kremniy miqdorining material fizik-mexanik xossalariga ta’sirini o’rganish

LАBORАTORIYA ISHI №6
Kremniy karbidi asosli materiallarning fizik-mexanik xossalarini o’rganish. Uglerod-kremniy asosli materiallarda kremniy miqdorining material fizik-mexanik xossalariga ta’sirini o’rganish.
Ish maqsadi «Mаteriаlshunoslik vа yangi mаteriаllаr texnologiyasi» yo’nalishidagi tаlаbаlаrgа volfrаmli qаttiq qotishmаlаr mikrostrukturаlаrini tahlil qilish qoidаlаri vа usullаrini o‘rgаtish hamda u orqаli volfrаmli qаttiq qotishmаlаr sifаtigа bаho berish ilmlаrini egаllаsh.
Nаzаriy ma‘lumotlаr
Kremniy karbid boshqa kislorodsiz birikmalardan nisbatan arzonligi, past zichligi, mukammal fizik-mexanik va kimyoviy xususiyatlari bilan ajralib turadi, bu esa kremniy karbidga asoslangan materiallardan zamonaviy texnologiyalarning turli sohalarida foydalanish imkonini beradi.
Kremniy karbidga asoslangan keramika materiallarining o'ziga xos xususiyati mahsulotlarni olishning turli xil texnologik jarayonlaridir, bu ularning turli xil xususiyatlarini belgilaydi.
Kremniy karbid mahsulotlarini ishlab chiqarish uchun Acheson usuli bilan olingan, kremniy dioksidning uglerod bilan 2000 ° C dan yuqori haroratda o'zaro ta'siriga asoslangan holda yashil va qora kremniy karbid kukunlari ishlatiladi. SiC kukunlarini olish uchun kerakli dispersiyani yuqori energiyali qurilmalarda silliqlash ishlari olib boriladi.
Kremniy karbidli mahsulotlar turli xil texnologiyalar asosida ishlab chiqariladi: loy bog'ichlaridagi kremniy karbid mahsulotlari, 2200 ° S dan yuqori haroratda yuqori soflikdagi SiC dan ishlab chiqarilgan, qayta bug'lanish-kondensatsiya mexanizmi tufayli qattiqlashganda, zaryad tarkibidagi uglerodning eritma yoki kremniy bug'i bilan o'zaro ta'sirida reaktsiyani Pishirish usuli bilan ikkinchi darajali kremniy karbidining hosil bo'lishi va mahsulotlarni nol ochiq g'ovaklikka siqish bilan hosil bo'lgan mahsulotlar; oksidli nanoponderlarning kichik qo'shimchalari bilan yuqori dispersli SiC kukunlaridan issiq presslash natijasida olingan mahsulotlar. So'nggi yillarda uchqun plazmasidagi Pishirish kremniy karbidga asoslangan Pishirleme kompozitsiyalari uchun ishlatilmoqda.
Silikon karbidli refrakterlar
Yuqori refrakter SiC - mahsulotlarga biriktiruvchi moddalarni yaratish uslubiga qarab, tarkibidagi karbid donalarini tsementlash, qayta kristallangan kremniy karbidli refrakterlar va SiC - har xil bog'lanishdagi refrakterlar kiradi.
Qayta kristallangan SiC refrakterlari bir fazali materiallar bo'lib, ular yuqori haroratga chidamliligi bilan ajralib turadi, ammo bunday mahsulotlarning yuqori g'ovakliligi tufayli oson oksidlanadi. Har xil bog'lanishdagi silikon karbid mahsulotlariga olovga chidamli asos kremniy karbid bo'lib, uning donalari dastlabki zaryadga kiritilgan bog'lanishlar bilan turli xil kompozitsiyalar bilan sementlangan kuydiriladigan mahsulotlar kiradi. Bunday bog'lovchilar refrakter gil, chamot, magnezit, eruvchan shisha, etil silikatdir. Mahsulotlarni qo'llash sohasiga qarab, tegishli SiC mahsulotlarining xususiyatlarini aniqlaydigan turli xil biriktiruvchi moddalar ishlatiladi.
Kremniy karbidli mahsulotlar deyarli yuqori haroratlarda ko'mir kuli va kislotali shlaklarning halokatli ta'siriga deyarli qarshilik ko'rsatadi, ammo asosiy shlaklar ozgina miqdorda SiC mahsulotlarining qoplamasiga kirib boradi. SiC mahsulotlarining ijobiy o'ziga xos xususiyati ulardagi po'lat va cürufning past o'tkazuvchanligidir.
Shu bilan bir qatorda SiC ishlatish oldidan uning texnik xarakteristikasini aniqlash zarur. SiC kukun materiallarining asosiy texnik xarakteristikasida quyidagilarga e’tibor qaratish kerak.
granulometrik tarkibi;
o'ziga xos sirt maydoni (massa birligi Sm ga yoki Sv hajmiga zarrachalar yuzasi va zarracha kattaligi d);
zarralarning pachoqlanishi (mo’rtligi);
donalarning mustahkamligi;
yemirilishga qarshiligi;
sirt mustahkamligi va yorilishga chidamliligi.
So'nggi yillarda abraziv va boshqa qattiq materiallarning sirt kuchliligi va yorilishga chidamliligi masalalariga katta e'tibor berilmoqda, shu jumladan tashqi kuch ishlatilishining yuqori darajadagi lokalizatsiyasini ta'minlaydigan mikro-indentatsiya usulidan foydalanish. Ushbu usul shuningdek, yoriqlarni boshlash va ko'paytirish jarayonlarini o'rganishga imkon beradi, bu esa oxir-oqibat materiallarning mo'rt sinishiga olib keladi.
Abraziv materiallarning mikroindentatsiyasi sodir bo'lganda, materialning elastoplastik deformatsiyasining o'zaro bog'liq jarayonlari amalga oshiriladi - d o'lchamdagi izni hosil qilish (chuqurlik diagonali) va uning individual mikrovolumlarini mo'rt yo'q qilish - bu izning mintaqasida mo'rt shikastlanish zonasi D shakllanishi, shu jumladan barcha uzilishlar (5-rasm, 9-rasm) ). Ushbu zonaning o'lchamlari sinov materialining mo'rtligi va chidamliligi xususiyatlari bilan, shuningdek sinov sharoitlari bilan belgilanadi (indenterga yuk P, indenter burchagi a, indenter geometriyasi).
Juda qattiq va mo'rt materiallarning mikroindentatsiya jarayonini taniqli P = / (P = f (D) indentatsiya qonuni yordamida etarli darajada ta'riflab bo'lmaydi.
Juda qattiq va mo'rt materiallarni mikroindentatsiya qilishda chuqurlik qonunini o'rnatish uchun biz sinovdan o'tgan qattiq jismning yuzasiga to'rtburchaklar va uchburchak olmosli piramidalarni kiritish usuli bilan indenterga yuklarning keng assortimentida sinovlarni o'tkazdik, bu juda kichik o'lchamdagi (0,5 -I mm dan kam) ob'ektlarni o'rganish imkonini berdi. , shu jumladan deyarli har qanday qattiqlikdagi materiallardan yupqa qoplamalar va plyonkalar. Turli xil materiallar (abraziv materiallar, toshlar, asboblar uchun qattiq qotishmalar, ko'zoynaklar, keramika va piezoseramika, yarimo'tkazgichlar, ferritlar), shu jumladan o'ta qattiq (olmos, bor nitridi) materiallari o'rganildi.

6.1-rasm. Piramidal indenterni juda qattiq materiallarning sinov yuzasiga tushirish diagrammasi (d - chuqurchaning diagonali; D - yoriq uzunligi, a - burilish burchagi)
Barcha tekshirilgan materiallar uchun ularning elastoplastik deformatsiyalari va mikroindentatsiya paytida mo'rt singanlikning asosiy qonuniyatlari aniqlangan (korrelyatsiya koeffitsienti 0,95).
Olmos piramidasini mikro-ekstruziyasi jarayonida elastoplastik deformatsiyaning jarayoni quyidagi formula bilan tavsiflanadi:

bu erda sid - formulaning o'lchov kuchi konstantasi; nd - mikroindentatsiya paytida materialning elastoplastik deformatsiyasi intensivligini tavsiflovchi formulaning o'lchovsiz doimiysi. Doimiy doimiy nd na tajriba sharoitlariga, na aniqlanadigan materialning mustahkamlik xususiyatlariga bog'liq; barcha tekshirilgan materiallar uchun u deyarli bir xil (nd = 1.8-2.0).
Mo'rt sinish jarayoni aniq ikki bosqichga bo'linadi (5.20-rasm). Birinchi bosqichda (P <) yoriqlar yadrosi va sekin o'sishi Dhp kritik kattaligiga to'g'ri keladi, bu formula bilan tavsiflanadi:

bu erda P_kr, D, D_kr indenterga kritik yuk va yoriq va chuqurchaning kritik o'lchamlari mos ravishda = K, 1 Yuqoridagilarni hisobga olgan holda yadro hosil bo'lishining kuchi va energetik shartlari, sekin subkritik o'sish va mahalliy stress kontsentratori mintaqasidagi yoriqlarning keyinchalik barqaror o'sishi - turli xil materiallar uchun olmos uchi izi o'rganildi. Bu ularning yorilishga chidamliligining asosiy xususiyatlarini mikroindentatsiya usuli bilan aniqlashga imkon beradi: Griffitsga ko'ra kritik yoriq uzunligi va kritik stress, sinishning o'ziga xos ishi G, stress intensivligi koeffitsienti K1C va sinov sharoitlariga qarab (indenterga yuk, stress kontsentratorining kattaligi, indenter shakli, burilish burchagi).
Juda qattiq va mo'rt materiallarni mikroindentatsiya qilish paytida elastoplastik deformatsiyaning va mo'rt sinishning quyidagi kuch va energiya sharoitlari aniqlandi.

bu erda E - Young moduli; - piramidadagi P yukini olib tashlaganidan keyin chuqurchaga tushish maydonidagi nisbatan elastik pasayish; e - P harakat yo'nalishi bo'yicha nisbiy elastik deformatsiya; c / = 0,1 (1 - cos a), bu erda a - burilish burchagi.
Imprintni to'liq tiklash bilan, ya'ni ideal elastik tanasi uchun vj / = f = 0.073 (5.21 va 5.22-rasmlar).

Shakl: 5.21. Mikro chuqurlikdagi materiallarning elastik xususiyatlari (/; 0 - tushirish chuqurligi)

Shakl: 5.22. Materiallarning nisbiy kuchining ularning sirt qatlamlarining nisbiy deformatsiyasiga bog'liqligi
Jadval 5.6 sanoat va ilmiy tashkilotlarda ishlatiladigan bir qator abraziv materiallarning mustahkamligi va yorilishga chidamliligining asosiy olingan xususiyatlarini ko'rsatadi.

5.6-jadval Aşındırıcı materiallarning sirt kuchi va yorilishga chidamliligi