Воротыло С. – аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП).
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Vorotilo S. – postgraduate student of the Department of powder metallurgy and functional coatings (PM&FC).
119049, Moscow, Leninskii pr., 4
Левашов Е.А. – докт. техн. наук, проф., акад. РАЕН, зав. кафедрой ПМиФП, директор Научно-учебного центра (НУЦ) СВС МИСиС–ИСМАН.
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Levashov E.A. – Dr. Sci. (Tech.), prof., acad. of Russian Academy of Natural Science, chair of the Department of PM&FC, , head of the Scientific-Educational Centre of SHS of MISIS–ISMAN
119049, Moscow, Leninskii pr., 4
Потанин А.Ю. – канд. техн. наук, науч. сотр. НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН.
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Potanin A.Yu. – Cand. Sci. (Tech.), research scientist of the Scientific-Educational Centre of SHS of MISIS–ISMAN.
119049, Moscow, Leninskii pr., 4
Логинов П.А. – канд. техн. наук, науч. сотр. НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН.
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Loginov P.A. – Cand. Sci. (Tech.), research scientist of the Scientific-Educational Centre of SHS of MISIS–ISMAN.
119049, Moscow, Leninskii pr., 4
Швындина Н.В. – инженер НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН.
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Shvyndina N.V. – engineer of the Scientific-Educational Centre of SHS of MISIS–ISMAN.
119049, Moscow, Leninskii pr., 4
Предложен новый метод получения керамоматричного композиционного материала на основе карбида кремния, упрочненного дискретными углеродными волокнами и монокристаллическими нановолокнами карбида кремния. В зависимости от макрокинетических характеристик процесса горения на поверхности углеродных волокон могут формироваться диффузионные слои, керамические частицы карбида кремния либо нановолокна карбида кремния диаметром 10–50 нм и длиной 15–20 мкм. Исследована стадийность химических превращений и структурообразования в волне горения смесей Si–C–C2F4 и Si–C–C2F4 –Та. Выращенные в волне горения нановолокна карбида кремния имели высокую кристалличность и бездефектную границу раздела TaSi2/SiC. Разориентировка решеток на границе раздела составляет порядка 6 %. Нановолокна релаксируют механические напряжения во время роста за счет вращения вокруг своей оси, совпадающей с направлением роста. Оптимальная температура горения для роста нановолокон карбида кремния составляет 1700 К при соотношении C2F4 : C = 2 в реакционной смеси. Нижний порог роста нановолокон карбида кремния определяется снижением выхода реакционно-способных фторидов, тогда как более высокий порог обусловлен отказом механизма блокировки адсорбции на поверхности нановолокон и дестабилизацией капли TaSi2 + Si. Горячим прессованием получены дискретно армированные углеродными волокнами и нановолокнами карбида кремния композиты с керамической матрицей SiС–TaSi2 , имеющие относительную плотность 98 %, твердость 19 ГПа, прочность на изгиб 420 МПа, трещиностойкость 12,5 МПа·м1/2 . Установлено увеличение прочности границы раздела «углеродное волокно матрица», в результате которого вытягивание углеродных волокон из матрицы в значительной степени подавляется.
A new method is proposed for the engineering of SiC-based ceramic-matrix composite materials strengthened by discrete carbon fibers and single-crystal silicon carbide nanowires. Depending on the macrokinetic characteristics of the combustion process, either diffusion layers, particles of silicon carbide or silicon csrbide nanowires with a diameter of 10–50 nm and a length of 15–20 μm can be formed on the surface of carbon fibers. The sequence of chemical transformations and structure formation in the combustion wave of Si–C–C2F4 and Si–C–C2F4–Ta mixtures was studied. Silicon carbide nanowires formed in the combustion wave had high crystallinity and a defect-free TaSi2/SiC interface. The misorientation of the lattices at the interface is about 6 %. Nanowires are able to relax the mechanical stresses during growth via the rotation along the growth direction. The optimal combustion temperature for the growth of silicon carbide nanofibers is 1700 K at a ratio of C2F4 : C = 2. The lower temperature threshold for the growth of silicon carbide nanowires is caused by a decrease in the yield of reactive fluorides, while the upper temperature threshold is caused by a failure of the adsorption blocking mechanism on the surface of the nanofibers and the destabilization of the TaSi2 + Si eutectic droplet. Composites with a SiC–TaSi2 ceramic matrix and a relative density of 98 %, a hardness of 19 GPa, a flexural strength of 420 MPa, and a fracture toughness of 12.5 MPa·m1/2 were obtained by hot pressing An increase in the strength of the carbon fiber-matrix interface has manifested in the suppression of carbon fiber pull-out from the matrix.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.