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!

    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    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
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 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
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету