Исследование структурно-фазовых преобразований поверхностного слоя SiC-керамики, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке

Кузичкин, Евгений Евгеньевич Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В рамках данной работы проводилось облучение интенсивным импульсным низкоэнергетическим электронным пучком на установке “СОЛО” керамики из карбида кремния, полученной методом SPS и различных плотностях энергии пучка и системы “пленка (титан) / (SiC-керамика) подложка” при различном количестве импульсов. Выполнено исследование структуры методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, фазовый состав поверхностного слоя керамики исследовали методами рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов, дефектная субструктура, физико-механические характеристики В результате исследования получены образцы с измененным фазовым и структурным составами поверхностного слоя и увеличенными прочностными характеристиками.

Введение 13
1. Обзор литературы 15
1.1 Классификация керамических материалов 15
1.2 Структура и свойства керамических материалов 16
1.2.1. Структура бескислородной керамики 16
1.2.2 Механические свойства 17
1.2.3 Термомеханические свойства 18
1.2.4 Химические и электрофизические свойства 19
1.2.5. Области применения 20
1.3. Получение бескислородных керамик 21
1.3.1. Методы формования бескислородных керамик 21
1.3.2. Методы спекания 23
1.3.2.1 Метод самораспространяющегося высокотемпературного
синтеза (СВС-метод) 23
1.3.2.2 Реакционное спекание 24
1.3.2.3 Спекание в разряде плазмы. Spark Plasma Sintering (SPS – 25
метод)
1.4 Модификация поверхности керамики концентрированными пото-
ками энергии 28
1.4.1. Электронно-пучковая обработка 28
1.4.2. Облучение мощными ионными пучками 31
1.4.3. Облучение лазером 32
1.4.4 Облучение керамики плазмой 33
1.4.5 Ионная имплантация 35
2. Объекты и методы исследования 37
3. Результаты исследования и их обсуждение 49
3.1 Анализ структуры и свойств поверхности SiC-керамики, подверг-
нутой модификации импульсным электронным пучком 49
3.2 Анализ структуры и свойств поверхности системы «пленка (титан)
/ (SiC-керамика) подложка», подвергнутой модификации интенсивным
импульсными электронным пучком 56
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 65
4.1Оценка коммерческого потенциала исследования 66
4.2Планирование работ по НИР 67
4.3 Составление сметы научного исследования 72
4.3.1 Амортизация 72
4.3.2 Электроэнергия 73
4.3.3 Полная заработная плата исполнителей 74
4.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 75
4.3.5 Накладные расходы 76
4.3.6 Формирование бюджета затрат научного исследования 76
4.4. Эффективность работы 77
4.4.1. Оценка научно-технического уровня НТИ 77
5 Социальная ответственность 81
Введение 84
5.1 Техногенная безопасность 85
5.2 Региональная безопасность 88
5.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 89
5.4 Особенности законодательного регулирования проектных реше-
ний. 93
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 94
Заключение 98
Список публикаций 100
Список использованных источников 101
Приложение А 107

Благодаря уникальным комбинациям физических и механических свойств карбидокремниевая керамика широко используется в различных отрас- лях промышленности: в машиностроении, атомной энергетике, на предприяти- ях оборонной промышленности и силовой электронике [1, 2].
Самыми главными недостатками карбидокремниевой керамики являют- ся ее хрупкость и, как следствие, низкая трещиностойкость, а также сложность обработки. К тому же, карбидокремниевая керамика непригодна для работ при циклических нагрузках, а также при механических или термических ударах. В то же время, имеет отличное сопротивление коррозии, низкую теплопровод- ность и высокую жаропрочность, что обеспечивает его успешное использова- ние в качестве элементов тепловой защиты [3].
Для улучшения физических, механических и трибологических свойств детали из керамических материалов, в частности карбида кремния, в ряде слу- чаев достаточно повысить свойства лишь ее поверхности. Основными, на со- временном этапе развития науки и техники, методами модификации поверхно- сти карбида кремния и материалов на его основе являются осаждение покры- тий, лазерная обработка, имплантация и метод диффузионного насыщения по- верхностного слоя легирующими элементами [4,5].
В настоящей работе исследуются структура фазовый состав и свойства керамики из карбида кремния, подвергнутой облучению интенсивным импуль- сным электронным пучком, а также поверхностного слоя системы «Ti (пленка) / SiC (подложка)», подвергнутой облучению интенсивным импульсным элек- тронным пучком.
В ИСЭ СО РАН разработаны и функционируют импульсная электронно- пучковая установка, применяемая для облучения поверхности твердых тел и установка для вакуумно-дугового нанесения покрытий. Обе эти разработки подразумевают использование уникальной технологии поверхностной обработ- ки керамических и металлокерамических материалов. Научная новизна работы
заключается в том, что используемые в работе установки для электронно-
13
ионно-плазменной модификации по совокупности параметров являются уни- кальными не только в России, но и за рубежом [6].
Результаты исследований могут быть использованы в областях про- мышленности и техники (аэрокосмической, атомной, оборонной, промышлен- ности и машиностроении), в условиях, когда основные эксплуатационные свой- ства детали определяются состоянием ее поверхности (пары трения, коррозия, циклические нагрузки и т.д.), а также высокие удельными характеристиками (удельный предел прочности и т.д.).
Результаты, полученные в работе, были представлены на (1) Междуна- родной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ло- моносов-2018» (МГУ, 9-13 апреля 2018); (2) пятом Всероссийском конкурсе научных докладов студентов «Функциональные материалы: разработка, иссле- дование, применение» (ТПУ, 22-23 мая 2018) и (3) 25-й Всероссийской научно- технической конференции с международным участием «Вакуумная техника и технологии – 2018» (С-Петербург, 5-7 июня 2018 г.); направлены на 6th International Congress «Energy Fluxes and Radiation Effects» (EFRE 2018); September 16–22, 2018, Tomsk, Russia.
Результаты работы опубликованы в сборниках трудов конференций:
1. Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2018» (МГУ, 9-13 апреля 2018)
2. Всероссийской научно-технической конференции с международным уча- стием «Вакуумная техника и технологии – 2018» (С-Петербург, 5-7 июня 2018 г.).

В результате работы над магистерской диссертацией были решены сле-
дующие задачи:
1 Изготовлены методом SPS керамические образцы из порошка карбида
кремния;
2 Осуществлена шлифовка и полировка полученных образцов до зер-
кального состояния на шлифовально-полировальном станке «Полилаб»;
3 Принято участие в напылении титановой пленки толщиной 0,5 мкм на
подложку из карбидокремниевой керамики на установке «КВИНТА» ваку-
умно-дуговым методом при испарении катода из технически чистого тита-
на марки ВТ1-0;
4 Принято участие в облучении интенсивным импульсным низкоэнерге-
тическим электронным пучком на установке «СОЛО»:
а) керамики из карбида кремния, полученной методом SPS, при различных
плотностях энергии пучка: 10, 15, 20 Дж/см2, одинаковом количестве и
длительности импульсов – 3 имп., 200 мкс соответственно;
б) системы «пленка (титан) / (SiC-керамика) подложка» при различном ко-
личестве импульсов: 20 имп. и 30 имп., одинаковой плотности энергии
пучка электронов 15 Дж/см2 и длительности импульса 200 мкс;
5 Принято участие в исследование полученных образцов (структура, фа-
зовый состав поверхностного слоя керамики, морфология, дефектная суб-
структура,) методами сканирующей и просвечивающей электронной мик-
роскопии, рентгенофазового анализа;
6 Определены физико-механические характеристики SiC-керамики и си-
стемы «пленка (титан) / (SiC-керамика) подложка», облученной интенсив-
ным импульсным электронным пучком.
В результате выполненных исследований:
1. Установлено, что облучение SiC-керамики интенсивным импульсным
электронным пучком (18 кэВ, 200 мкс, 0,3 с-1, 3 имп., (10, 15, 20) Дж/см2) со-
провождается:
– закономерным изменением полиморфного состава (увеличение более
чем в два раза, по сравнению с исходным материалом, относительного содер-
жания политипа α-SiC-15R);
– фрагментацией и наноструктурированием поверхностного слоя;
– увеличением твердости и модуля Юнга.
Высказано предположение, что одной из причин зафиксированных пре-
образований материала при облучении керамики интенсивным импульсным
электронным пучком субмиллисекундной длительности воздействия являются
релаксационные процессы, вызванные термомеханическим напряжениями, воз-
никающих в поверхностном слое материала в результате высокоскоростных
нагрева и охлаждения, имеющих место при облучении.
2. Установлено, что облучение системы «пленка (Ti) / (SiC-керамика)
подложка» интенсивным импульсным электронным пучком (15 Дж/см2; 200
мкс; 0,3 с-1; 20 имп.) приводит:
– к формированию поверхностного слоя, имеющего многоэлементную
многофазную структуру субмикро- наноразмерного диапазона;
– к формированию поверхностного слоя, микротвердость которого изме-
няется в пределах от 33 ГПа до 96 ГПа.
Список публикаций
Леонов А. А., Кузичкин Е. Е., Иванов Ю.Ф. Эволюция структурно-
фазового состояния поверхностного слоя керамики из карбида кремния при
облучении интенсивным импульсным электронным пучком // Фундаментальное
материаловедение и материалы: сборник тезисов Международной научной
конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2018». – г.
Москва, 9-13 апреля 2018.
Леонов А. А., Кузичкин Е. Е., Иванов Ю.Ф. Всероссийская научно-
технической конференция с международным участием «Вакуумная техника и
технологии – 2018» (С-Петербург, 5-7 июня 2018 г.).
Леонов А. А., Кузичкин Е. Е., Иванов Ю.Ф. Структурно-фазовые преоб-
разования поверхностного слоя SiC-керамики при электронно-пучковой обра-
ботке // Материаловедение: 24 Всероссийская научная конференция студентов-
физиков и молодых ученых. – Томск, 31 марта – 7 апреля.

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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    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
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету