Фізико-механічні та корозійні властивості композиційної кераміки на основі ZrB₂–SiC  з оксидною добавкою

Анотація

Методом гарячого пресування отримано компактні керамічні зразки складів, % (мас.): 60 ZrB₂ + 20 SiC + 20 (Al₂O₃ + 32 t-ZrO₂). Тетрагональна модифікація оксиду цирконію в складі евтектики стабілізована оксидом ітрію. Пористість зразків становила 3–5%. Досліджено фізико-механічні властивості керамік (твердість HV, тріщиностійкість K_Ic, міцність на розтяг d_f, міцність на стиснення Y, зерногранична міцність S, міцність на згин s). На підставі вивчення мікроструктури й елементного складу фаз встановлено формування бездефектної структури в композиті на основі ZrB₂ за рахунок Ван-дер-Ваальсової адгезійної міцної взаємодії фаз на межі SiC–Al₂O₃, що забезпечує підвищення тріщиностійкості до 9,4 МПа × м^1/2. У свою чергу, це сприяє зростанню зернограничної міцності від 0,64 ГПа для базового композита до 3,46 ГПа для композита ZrB₂–SiC з оксидною добавкою. Добавка Al₂O₃ + 32% (мас.) t-ZrO₂ вводиться в кількості, достатній для того, щоб не тільки знизити напругу руйнування, але й забезпечити пластичну деформацію матеріалу для високотемпературної міцності на згин. Дослідження процесу окиснення показало, що при температурі 1600 °С приріст маси зразка 60% (мас.) ZrB₂ + 20% (мас.)  SiC + 20% (мас.) (Al₂O₃ + 32% (мас.) t-ZrO₂) при витримці 1 год стабілізується за рахунок формування на його поверхні щільної окалини, в той час як матеріал ZrB₂ + 20% (мас.) SiC демонструє монотонне збільшення приросту маси і, як наслідок, товщини окалини. Утворена на зразках 60% (мас.) ZrB₂ + 20% (мас.) SiC + 20% (мас.) (Al₂O₃ + 32% (мас.) t-ZrO₂) окалина складається із верхнього шару товщиною 50 мкм на основі Al₂SiO₅ із включеннями ZrO₂ та нижнього шару товщиною до 80 мкм на основі оксиду цирконію з включеннями Al₂SiO₅. Встановлено, що оксидна евтектична добавка Al₂O₃ + 32% (мас.) t-ZrO₂ до базової системи ZrB₂–SiC перешкоджає дифузії кисню вглиб матеріалу завдяки своїй вищій стійкості до окиснення.