Получение материала на основе диборида гафния и алюминия

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

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.