Структура и свойства керамоматричных композитов на основе оксида алюминия с углеродными нанотрубками, полученных электроимпульсным плазменным спеканием

Данченко, Владимир Александрович Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования являются керамические модельные образцы из оксида алюминия с добавлением многостенных (одностенных) углеродных нанотрубок, полученные методом спарк-плазменного спекания из порошковых смесей производства Applied Carbon Nano Technology, (Корея) и оксид алюминия производства ОАО “НЭВЗ-Союз”, (г. Новосибирск) и одностенные углеродные нанотрубки в количестве 3 об.% (OCSiAl, г. Новосибирск).

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 10
1. Обзор литературы ………………………………………………………………………………. 12
1.1 Характеристика керамических материалов ……………………………………. 12
1.2 Оксид алюминия …………………………………………………………………………… 14
1.2.1 Основные свойства оксида алюминия ……………………………………… 14
1.2.2 Керамические композиты на основе матрицы оксида алюминия. 15
1.3 Углеродные нанотрубки ……………………………………………………………….. 18
1.3.1 Структура и свойства углеродных нанотрубок…………………………. 18
1.4 Керамический композит Al2O3-УНТ ……………………………………………… 21
2. Методика экспериментов. …………………………………………………………………… 25
2.1 Определение распределения частиц по размерам методом лазерной
дифракции …………………………………………………………………………………………….. 25
2.2 Подготовка графитовой пресс-формы к эксперименту …………………… 26
2.3 Подготовка порошковой навески…………………………………………………… 27
2.4 Спарк-плазменное спекание керамических образцов …………………….. 27
2.5 Определение плотности спеченных образцов ………………………………… 29
2.6 Определение микротвердости ……………………………………………………….. 29
2.7 Определение трещиностойкости …………………………………………………… 32
2.8 Рентгенофазовый анализ……………………………………………………………….. 32
2.9 Изучение микроструктуры образцов ……………………………………………… 33
3. Результаты проведенного исследования ……………………………………………… 34
3.1 Характеризация порошковых смесей Al2O3+МУНТ(ОУНТ) ……………… 34
3.2 Плотность образцов ………………………………………………………………………. 41
3.3 Микротвердость ……………………………………………………………………………. 44
3.4 Трещиностойкость ………………………………………………………………………… 46
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 50
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 50
4.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………. 51
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………… 51
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………… 53
4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ………….. 53
4.3 Бюджет научно-технического исследования (НИР) ……………………….. 57
4.3.1 Расчет материальных затрат…………………………………………………….. 57
4.3.2 Основная заработная плата исполнителей темы……………………….. 58
4.3.3 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) … 60
4.3.4 Накладные расходы…………………………………………………………………. 61

4.3.5 Формирование бюджета затрат проекта …………………………………… 61
4.4 Определение ресурсной и финансовой эффективности исследования
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………. 67
5.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению …………………………………………………………….. 67
5.1.1 Микроклимат ………………………………………………………………………….. 67
5.1.2 Вредные вещества …………………………………………………………………… 69
5.1.3 Освещение ………………………………………………………………………………. 69
5.1.4 Шум ……………………………………………………………………………………….. 72
5.2 Анализ опасных факторов производственной среды ……………………… 73
5.2.1 Пожарная безопасность …………………………………………………………… 73
5.2.2 Механическая опасность …………………………………………………………. 74
5.2.3 Электробезопасность ………………………………………………………………. 74
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 76
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 76
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 77
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 78
Список публикаций ………………………………………………………………………………….. 79
Список используемой литературы ……………………………………………………………. 80
Приложение (А) ……………………………………………………………………………………….. 88
Список обозначений и сокращений
СПС (SPS) – спарк-плазменное спекание.
РФА – рентгенофазовый анализ.
АСМ – атомно-силовая микроскопия.
СЭМ – сканирующая электронная микроскопия.

Актуальность темы исследования
Углеродные нанотрубки (УНТ) широко используются в качестве
армирующего компонента в полимерах, металлах и керамике для улучшения
их механических и функциональных свойств [1]. УНТ считаются идеальным
кандидатом для армирования материалов благодаря небольшому размеру,
низкой плотности, высокому соотношению сторон и выдающихся
механических, электрических и магнитных свойств. Потребность в
композиционных материалах с высокими эксплуатационными
характеристиками и улучшенными функциональными свойствами, всегда
возрастает. Оксид алюминия (Al2O3) наряду с другими керамиками, такими
как диоксид циркония, нитрид кремния, карбид вольфрама и т.д.,
используется не только в качестве биомедицинского материала, но и для
высокотемпературных применений в аэрокосмической и автомобильной
промышленности. Это связано с его высокой твердостью, хорошей
износостойкостью, теплоизоляционными свойствами и отличной химической
инертностью. Но главная проблема, связанная с оксидом алюминия, это
низкая вязкость разрушения, которая иногда препятствует его применению в
качестве конструкционного материала [2]. Сочетание алюмооксидной
матрицы с УНТ способно значительно увеличивать прочностные
характеристики керамоматричного композита. Углеродные нанотрубки
располагаются по границам зерен оксида алюминия, вследствие чего
замедляется рост зерен во время спекания, что приводит к улучшению
вязкость разрушения, модуля Юнга и модуля сдвига.
Объектом исследования является керамические модельные образцы,
полученные методом спарк-плазменного спекания (СПС) композиционного
порошка, состоящего из α-оксида алюминия и многостенных углеродных
нанотрубок в количестве 3 об.% (Applied Carbon Nano Technology, Корея). А
также образцы, полученные из порошка оксида алюминия с добавкой 6%
нанопорошка того же состава, модифицированного 3 об.% одностенными
углеродными нанотрубками TUBALL (OCSiAl, Россия).
Целью данной работы является использование технологии спарк-
плазменного спекания для получения керамоматричных композитов,
армированных углеродными нанотрубками, а также исследование влияния
условий спекания и типа УНТ на микроструктуру и свойства полученного
материала.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. исследовать исходное сырье (СЭМ, лазерная дифракция, РФА);
2. приготовить порошковые смеси на основе Al2O3 c 3 об.%
одностенных углеродных нанотрубок;
3. синтезировать композиты спарк-плазменным спеканием (SPS);
4. исследовать микроструктуру композиционных материалов;
5. определить физико-механические свойства спеченных композитов;
1. Обзор литературы

В ходе магистерской работы был выполнен комплекс аналитических,
теоретических и экспериментальных исследований: проведен литературный
обзор, была проведена характеризация порошковых смесей, изучен процесс
производства керамики искровым плазменным спеканием. Получены навыки
в работе с высокоточным аналитическим оборудованием, изучены подходы и
методики проводимых экспериментов.
Производство керамоматричных копозитов искровым плазменным
спеканием при различных режимах позволило изучить влияние этих
параметров: максимальной температуры, давления подпрессовки на физико-
механические свойства изделия. Из анализа полученных зависимостей были
определены оптимальные параметры спекания. Так же было определенно
влияние углеродных нанотрубок в матрице оксида алюминия. Углеродные
нанотрубки являются привлекательными материалами для армирования
керамики, а прочная связь МУНТ с матрицей играют важную роль для
усиления.
В результате проведенной работы было показано что, данные
исследования имеют технологическое, экономическое и экологическое
значение.
Список публикаций

1. Данченко В.А., Леонов А.А. Механические свойства композита на
основе Al2O3, армированного одностенными углеродными
нанотрубками // Функциональные материалы: разработка, исследование,
применение: сборник тезисов докладов V Всероссийского конкурса
научных докладов студентов, г. Томск, 29-30 мая 2018 г. – Томск:
Издательство ТПУ, 2018 – С. 55
2. Леонов А.А., Хасанов А.О., Данченко В.А., Хасанов О.Л. Спарк-
плазменное спекание керамоматричного композита на основе Al2O3,
армированного углеродными нанотрубками // Современные технологии
и материалы новых поколений: сборник трудов международной
конференции с элементами научной школы для молодежи, Томск, 9-13
Октября 2017. – Томск: ТПУ, 2017 – C. 74-75
3. Leonov A.A., Khasanov A.O., Danchenko V.A., Khasanov O.L. Spark
plasma sintering of ceramic matrix composite based on alumina, reinforced
by carbon nanotubes // IOP Conference Series: Materials Science and
Engineering. – 2017 – Vol. 286, Article number 012034. – p. 1-7

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!

    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    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
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 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
    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
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 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

    Другие учебные работы по предмету