СТРУКТУРНИЙ СТАН, МІЦНІСТЬ ТА СТІЙКІСТЬ ДО ОКИСНЕННЯ УЛЬТРАВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОЇ КЕРАМІКИ СИСТЕМИ ZrB₂–SiC–WC

Анотація

Методом гарячого пресування отримано щільну ультрависокотемпературну кераміку системи ZrB₂–15% (об.) SiC–5% (об.) WC. У результаті гарячого пресування при температурі 2050 °С, тиску 30 МПа і витримці 15 хв утворилися тугоплавкі фази (Zr, W)C та WB. Особливістю процесу гарячого пресування є утворення твердого розчину (Zr, W)B₂ на границі зерен бориду цирконію. Показано, що в результаті відпалу в вакуумі при температурі 1600 °С зменшується кількість кисню в кераміці від 0,3 до 0,1% (мас.) внаслідок реакції взаємодії оксидів B₂O₃, SiO₂, ZrO₂ із карбідом вольфраму. Встановлено, що міцність кераміки ZrB₂–15% (об.) SiC–5% (об.) WC при кімнатній температурі становить 505 ± 60 МПа, при температурі 1800 °С –802 ± 94 МПа. Висока міцність при 1800 °С досягається за рахунок транскристалітного руйнування зерен бориду цирконію. У результаті високотемпературного окиснення утворюється окалина, що складається з трьох шарів: верхній –боросилікатне скло; середній – оксид цирконію із іншими оксидними фазами (WO₃ та SiO₂); нижній –основний матеріал, збіднений на бор та кремній. При температурі окиснення 1500 °С з витримкою 50 год товщина окалини становить 85 мкм, з яких 64 мкм складає шар SiO₂–B₂O₃, решта – шар ZrO₂ + SiO₂ + Me_xO_y та основний матеріал, збіднений на бор та кремній. При температурі окиснення 1600 °С з витримкою 2 год товщина окалини становить 84 мкм, з яких 10 мкм – шар SiO₂–B₂O₃, решта –шар ZrO₂ + SiO₂ + Me_xO_y та основний матеріал, збіднений на бор та кремній. Утворена щільна окалина на поверхні матеріалу дозволяє зберегти міцність після окиснення при 1500 °С з витримкою 50 год на рівні 70% від початкової, при температурі 1600 °С з витримкою 2 год – на рівні 50%, що вище, ніж для базової кераміки ZrB₂–15% (об.) SiC–5% (об.).