Самозалечивание дефектов в керамических композитах ZrB2–SiC–TaB2 с двойной композитной структурой
Приведены результаты исследования самозалечивания керамических композиционных материалов системы ZrB2-SiC-TaB2 со структурной организацией «композит в композите», которая сформирована по принципу двухфазных композитных включений TaB2-SiC в двухфазной композитной матрице ZrB2-SiC, и керамического композиционного материала с гомогенным распределением компонентов. Показано, что залечивание поверхностных дефектов происходит в результате взаимодействия компонентов композита с кислородом воздуха, что обеспечивает заполнение сформированных дефектов продуктами реакции окисления. Выявлено, что структура «композит в композите» позволяет расширить температурный интервал самозалечивания дефектов и увеличить окислительную стойкость исследуемой керамики. Двойные композиты с содержанием композитных включений 10 и 20 об. % и композит с гомогенным распределением компонентов характеризуются самозалечиванием при температуре ниже, чем композиты с большим содержанием композиционных включений. На поверхности композита с 20 об. % включений дефект полностью залечен при температуре 1 400°С, что является наименьшей температурой для всех исследуемых композитов. Двойные композиты с содержанием включений 30, 40 и 50 об. % обладают большей окислительной стойкостью по сравнению с композитами с меньшим объемным содержанием включений, что обусловлено локализацией TaB2, обладающего большей энергией активации окисления. Прирост массы композитов с объемным содержанием включений более 20% значительно ниже, чем у композитов с меньшим содержанием включений, при всех исследуемых температурах отжига на воздухе. Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Ключевые слова
борид циркония,
карбид кремния,
борид тантала,
«композит в композите»,
самозалечиваниеАвторы
| Шмаков Василий Валерьевич | Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | младший научный сотрудник | vvshmakov@ispms.ru |
| Буяков Алесь Сергеевич | Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | кандидат физико-математических наук, научный сотрудник | alesbuyakov@ispms.ru |
| Лукьянец Марианна Петровна | Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | младший научный сотрудник | mpv97@ispms.ru |
| Буякова Светлана Петровна | Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | профессор, доктор технических наук, главный научный сотрудник, заместитель директора по научной работе | sbuyakova@ispms.ru |
Всего: 4
Ссылки
Meléndez-Martınez J.J., Domınguez-Rodrıguez A., Monteverde F. et al. Characterisation and high temperature mechanical properties of zirconium boride-based materials // Journal of the European Ceramic Society. 2002. Vol. 22. P. 2543-2549.
Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Talmy I., Zaykoski J.A. Refractory diborides of zirconium and hafnium // Journal of the American Ceramic Society. 2007. Vol. 90. P. 1347-1364.
Li J., Lenosky T.J., Forst C.J., Yip S. Thermochemical and mechanical stabilities of the oxide scale of ZrB2+ SiC and oxygen transport mechanisms // Journal of the American Ceramic Society. 2008. Vol. 91. P. 1475-1480.
Лямина Г.В., Зыкова Ю.А., Князева Е.П. Применение полимерного геля как модельной среды для оценки коррозионной устойчивости металлов // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2016. № 4. С. 22-30.
Zhang X., Xu L., Du S. et al. Preoxidation and Crack-Healing Behavior of ZrB2-SiC Ceramic Composite // Journal of the American Ceramic Society. 2008. Vol. 91. P. 4068-4073.
Rezaie A., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Oxidation of zirconium diboride-silicon carbide at 1500° C at a low partial pressure of oxygen // Journal of the American Ceramic Society. 2006. Vol. 89. P. 3240-3245.
Rezaie A., Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Evolution of structure during the oxidation of zirconium diboride-silicon carbide in air up to 1500°C // Journal of the European Ceramic Society. 2007. Vol. 27. P. 2495-2501.
Carney C.M., Mogilvesky P., Parthasarathy T.A. Oxidation behavior of zirconium diboride silicon carbide produced by the spark plasma sintering method // Journal of the American Ceramic Society. 2009. Vol. 92. P. 2046-2052.
Zhang H., Jayaseelan D.D., Bogomol I. et al. A novel microstructural design to improve the oxidation resistance of ZrB2-SiC ultra-high temperature ceramics (UHTCs) // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 785. P. 958-964.
Mallik M., Ray K.K., Mitra R. Oxidation behavior of hot pressed ZrB2-SiC and HfB2-SiC composites // Journal of the European Ceramic Society. 2011. Vol. 31. P. 199-215.
Eakins E., Jayaseelan D.D., Lee W.E. Toward oxidation-resistant ZrB 2-SiC ultra high temperature ceramics // Metallurgical and Materials Transactions A. 2011. Vol. 42. P. 878-887.
Peng F., Van Laningham G., Speyer R.F. Thermogravimetric analysis of the oxidation resistance of ZrB2-SiC and ZrB2-SiC-TaB2-based compositions in the 1500-1900°C range // Journal of Materials Research. 2011. Vol. 26. P. 96-107.
Guo S.Q., Yang J.M., Tanaka H., Kagawa Y. Effect of thermal exposure on strength of ZrB2-based composites with nano-sized SiC particles // Composites Science and Technology. 2008. Vol. 68. P. 3033-3040.
Burlachenko A.G., Mirovoy Yu.A., Dedova E.S., Buyakova S.P. Self-healing in high temperature ZrB2-SiC ceramics // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2167. Art. 020042.
Monteverde F., Saraga F., Reimer T., Sciti D. Thermally stimulated self-healing capabilities of ZrB2-SiC ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2021. Vol. 41. P. 7423-7433.
Savchenko N.L., Mirovoy Y.A., Buyakov A.S. et al. Adaptation and self-healing effect of tribo-oxidizing in high-speed sliding friction on ZrB2-SiC ceramic composite // Wear. 2020. Vol. 446. Art. 203204.
Buyakov A., Shmakov V., Buyakova S. Dual composite architectonics: Fracture toughness and self-healing of ZrB2-SiC-TaB2 based UHTC // Ceramics International. 2023. Vol. 49. P. 13648-13656.
Buyakov A., Shmakov V., Buyakova S. Dual composite architectonics: Behavior of ZrB2-SiC-TaB2 composites under abrasive conditions // Ceramics International. 2024. Vol. 50. P. 1849-1856.
Cheng Y., Lyu Y., Han W. et al. Multiscale toughening of ZrB2-SiC-Graphene@ ZrB2-SiC dual composite ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 2019. Vol. 102. P. 2041-2052.
Inoue R., Arai Y., Kubota Y. et al. Oxidation of ZrB 2 and its composites: a review // Journal of Materials Science. 2018. Vol. 53. P. 14885-14906.
Ren X., Wang W., Shang T. et al. Dynamic oxidation protective ultrahigh temperature ceramic TaB2-20% wtSiC composite coating for carbon material // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 161. P. 220-227.
Silvestroni L., Guicciardi S., Melandri C., Sciti D. TaB2-based ceramics: microstructure, mechanical properties and oxidation resistance // Journal of the European Ceramic Society. 2012. Vol. 32. P. 97-105.
Dodi E., Balak Z., Kafashan H. Oxidation-affected zone in the sintered ZrB2-SiC-HfB2 composites // Synthesis and Sintering. 2022. Vol. 2. P. 31-36.
Zhang X., Hilmas G.E., Fahrenholtz W.G. Densification, mechanical properties, and oxidation resistance of TaC-TaB2 ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 2008. Vol. 91. P. 4129-4132.
Kalinnikov G.V., Vinokurov A.A., Kravchenko S.E. et al. Oxidation Behavior of Zirconium Diboride Nanoparticles // Inorganic Materials. 2018. Vol. 54. P. 550-557.
Vinokurov A.A., Dremova N.N., Kalinnikov G.V. et al. Thermal Oxidation of Nanosized Tantalum Diboride // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2024. Vol. 60. P. 86-92.
Peng F., Berta Y., Speyer R.F. Effect of SiC, TaB2 and TaSi2 additives on the isothermal oxidation resistance of fully dense zirconium diboride // Journal of Materials Research. 2009. Vol. 24. P. 1855-1867.
Monteverde F., Silvestroni L.Combined effects of WC and SiC on densification and thermo-mechanical stability of ZrB2 ceramics // Materials & Design. 2016. Vol. 109. P. 396-407.
Guo W.M., Zhang G.J. Oxidation resistance and strength retention of ZrB2-SiC ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2010. Vol. 30. P. 2387-2395.
Вы можете добавить статью