Получение материала на основе диборида гафния и алюминия

Белякович, Светлана Александровна Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования являются термические и радиационные характеристики диборида гафния в матрице алюминия в зависимости от содержания диборида гафния; фазовый состав и структура композиционного материала: диборид гафния-алюминий. Цель работы – спроектировать материал с оптимальным составом для максимального поглощения ионизирующего излучения.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………….. 11
ГЛАВА 1. СПОСОБЫ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ПОТОКОВ
ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И НЕЙТРОНОВ ………………………………………………… 13
1.1 Излучатели элементарных частиц …………………………………………………………………….. 13
1.1.1 Ускорители – циклотроны ………………………………………………………………………….. 13
1.1.2 Циклотроны – генераторы нейтронов ………………………………………………………….. 14
1.2 Материалы, используемые для ослабления потоков β–, γ–излучений и нейтронов … 15
1.2.1 Поглощение β – излучения …………………………………………………………………………. 15
1.2.2 Поглощение γ – излучения………………………………………………………………………….. 16
1.2.3 Материалы для ослабления потоков нейтронов ……………………………………………. 17
1.3 Поглощение нейтронного излучения металлами и сплавами ……………………………….. 19
1.4 Смачивание керамических материалов алюминием при контакте с расплавами и в
композитах…………………………………………………………………………………………………………… 21
1.5 Физико-химические свойства гафния и диборида гафния ……………………………………. 22
1.5.1 Физические свойства………………………………………………………………………………….. 22
1.5.2 Химические свойства …………………………………………………………………………………. 25
1.6 Действие СВЧ излучения на нанопорошок алюминия ………………………………………… 27
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОШКОВ
ДИБОРИДА ГАФНИЯ И АЛЮМИНИЯ ……………………………………………………………………. 29
2.1 Дифференциальный термический анализ …………………………………………………………… 29
2.2 Рентгенофазовый анализ ………………………………………………………………………………….. 31
2.3 Электронная микроскопия ……………………………………………………………………………….. 33
2.4 Методика измерения кажущейся плотности (пористости КМ) …………………………….. 34
2.5 Методика СВЧ-активирования порошка алюминия ……………………………………………. 35
2.6 Методика приготовления и спекания образцов…………………………………………………… 36
2.6.1 Твердофазное спекание ………………………………………………………………………………. 36
2.6.2 Горячее прессование с предварительным жидкофазным спеканием ……………….. 37
2.6.3 Горячее прессование без предварительного спекания …………………………………… 39
2.7 Методика измерения твердости образцов ………………………………………………………….. 39
2.8 Спектры излучения горящих образцов нанопорошков алюминия ………………………… 40
2.9 Методика измерения поглощающей способности нейтронов и γ-излучения …………. 41
………………………………………………………………………………………………………………………………. 41
2.10 Структурно – методологическая схема…………………………………………………………….. 42
ГЛАВА 3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ………………………………………………………. 44
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ……………………………………………………….. 50
ГЛАВА 5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 58
5.1 Оценка коммерческого потенциала исследования ………………………………………………. 58
5.2 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………………………. 60
5.3 Разделение выпускной квалификационной работы на этапы ……………………………….. 61
5.4 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………………….. 63
5.5 Определение трудоемкости этапов выпускной квалификационной работы …………… 65
5.6 Составление сметы затрат ………………………………………………………………………………… 68
5.6.1 Затраты на амортизацию оборудования ……………………………………………………….. 68
5.6.2 Затраты на основные и вспомогательные материалы …………………………………….. 69
5.6.3 Затраты на электроэнергию ………………………………………………………………………… 70
5.6.4 Накладные расходы ……………………………………………………………………………………. 70
5.6.5 Смета затрат на ВКР ………………………………………………………………………………….. 71
ГЛАВА 6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………….. 76
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……………………… 76
6.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ………………………….. 76
6.2.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны исследователя. . 77
6.2 Профессиональная социальная безопасность……………………………………………………… 78
6.2.1. Анализ вредных и опасных производственных факторов ……………………………… 79
6.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………………………….. 85
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………………… 86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………….. 89
Список публикаций………………………………………………………………………………………………….. 91
Список используемой литературы …………………………………………………………………………….. 92
Приложение I ………………………………………………………………………………………………………….. 97

Развитие атомной промышленности обуславливает необходимость проектирования
новых материалов для защиты от ионизирующего излучения и нейтронов. Необходимо раз-
работать новые материалы, которые могут поглощать или рассеивать ионизирующее излу-
чение, и в то же время иметь низкую плотность и небольшие массогабаритные характери-
стики конечных изделий. Более того, использование свинцовых экранов и их последующая
утилизация является сложной экологической проблемой; следовательно, замена таких экра-
нов новыми материалами позволяет решить не только технические проблемы, но и улуч-
шить экологическую ситуацию.
Диборид гафния (HfB2) следует рассматривать в качестве перспективного материала
из-за его высокого сечения захвата нейтронов и рассеивающих свойств ядра бора. Алюми-
ний имеет относительно низкую плотность и низкую наведенную радиоактивность. Фи-
зико-химические и радиационные свойства диборида гафния хорошо изучены. Известно
также, что он обладает высокой прочностью ковалентной связи и низким коэффициентом
самодиффузии, что указывает на необходимость высоких температур и давления для созда-
ния прочной непористой структуры HfB2. Известно, что коротковолновое СВЧ воздействие
на металлические порошки приводит к увеличению запасенной энергии порошка и повы-
шению скорости спекания.
Учитывая известные особенности спекания систем: металл-керамика, приводящие к
созданию малопрочных систем, чувствительных к растрескиванию за счет влияния различ-
ных коэффициентов теплового расширения металлов и керамики, а также термических
напряжений на границе раздела металл-керамика, решено создать систему на основе по-
рошка алюминия, активированного СВЧ–излучением. СВЧ – облучение также приводит к
увеличению запасенной энергии нанопорошка алюминия, что является результатом обра-
зования и стабилизации двойного электрического слоя. Таким образом, короткоимпульсное
СВЧ – излучение приводит к изменению субструктурных характеристик металлсодержа-
щих высокоэнергетических материалов и приводит к увеличению микронапряжений в ме-
таллическом компоненте частиц алюминия, что способствует спеканию при нагревании.
В работе твердофазное спекание было выбрано в связи с тем, что, кроме требуемых
более низких затрат энергии, этот процесс взаимодействия порошков в твердой фазе явля-
ется процессом взаимной диффузии. Металлический слой, нанесенный на керамику, ча-
стично окисляется со стороны, обращенной к керамике, образуя переходный слой. Кристал-
лические решетки в поверхностных слоях изменяются: за счёт диффузионного перемеши-
вания формируется плавно меняющийся переходный слой.

В работе были проанализированы свойства и характеристики композиционного ма-
териала на основе диборида гафния и алюминия. Были рассмотрены несколько компонент-
ных составов материала, опробованы несколько термических режимов изготовления образ-
цов. В работе был использован ренгенофазовый анализ, были получены снимки с помощью
сканирующей электронной микроскопии, были рассмотрены спектры эмиссии излучения
горящих алюминиевых порошков, была измерена плотность образцов, произведено нано-
индентирование. По итогам работы были сделаны следующие выводы:
1. Проведена поисковая работа для апробации метода твердофазного спекания, в ре-
зультате чего было установлено, что спекание при температуре ниже температуры плавле-
ния алюминиевой матрицы позволяет получить материал, обладающий неудовлетворитель-
ными физико-механическими характеристиками. В главе 3 также был рассмотрен широкий
диапазон значений процентного содержания порошка алюминия в материале, на основании
чего, в дальнейшей работе было решено исследовать материалы, содержащие 10 и 20 %
порошка алюминия. По итогам поисковой работы было отмечено, что более высокими
прочностными качествами и лучшими внешними характеристиками обладают образцы, из-
готовленные на основе СВЧ-активированного алюминия.
2. В работе были опробовано предварительное жидкофазное спекание с последую-
щим горячим прессованием, а также горячее прессование без предварительного спекания.
В большинстве случаев образцы, полученные методом предварительного спекания с после-
дующим горячим прессованием, обладали более высокими характеристиками. На основа-
нии этого, можно сделать вывод, что такой метод изготовления образцов является опти-
мальным.
3. В качестве материала матрицы образцов были использованы два вида порошков
алюминия в различных процентных соотношениях: АСД-6М и нанопорошок алюминия.
Образцы, содержащие порошок алюминия АСД-6М, в целом, имели более высокие показа-
тели свойств. На данном этапе работы вновь было отмечено, что образцы, содержащие
СВЧ-активированные порошки алюминия, превосходили в свойствах аналоги на основе не-
активированного порошка.
4. Единственного образца, обладающего самыми высокими значениями свойств, об-
наружено не было, тем не менее, в совокупности проведенных исследований, среди полу-
ченных образцов модно выделить образец, содержащий 20 % СВЧ-активированного по-
рошка алюминия АСД-6М, полученный методом предварительного спекания с последую-
щим горячим прессованием.
Список публикаций

1. Белякович С.А. Состав и структура спеченного материла на основе диборида гафния
и алюминия// Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XX Международной
научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых
ученых (Томск, 20–23 мая 2019 г.) /Томский политехнический университет. – Томск: Изд-
во Томского политехнического университета, 2019. – C. 39-41
2. Белякович С.А. Диффузионное спекание диборида гафния с микропорошком алю-
миния.// Актуальные проблемы современной науки: материалы VIII Регион. науч.-практ.
конф. с междунар. участием (Омск, 26 апр. 2019 г.) / Минобрнауки России, ОмГТУ, каф.
«Физика». – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2019. – С.4–6
3. Белякович С. А., Мостовщиков А. В., Ильин А. П. Получение металлокерамического
материала на основе диборида гафния и микропорошков алюминия.// VIII Всероссийская
научно-техническая конференция с международным участием «Ультрадисперсные по-
рошки, наноструктуры, материалы» (VIII Ставеровские чтения) . – С. 12-16.
4. Belyakovich S.A., Mostovshchikov A.V., Ilyin A.P., Gubarev F. A. // 14th International
Forum on Strategic Technology (IFOST-2019), Tomsk: TPU Publishing House, 2019. – С. 36-41.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету