Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂

Abstract

Исследованы закономерности фазо- и структурообразования, а также прочностные характеристики гетерофазной керамики систем B₄C−CaB₆ и B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, что при применении технологии реакционного горячего прессования присутствие свободного углерода в шихте обеспечивает восстановление оксидных примесей и активирует процесс спекания. При этом прочность при изгибе полученных композитов B₄C−CaB₆ в интервале концентраций CaB₆ 0–10% (об.) составляет 420–425 МПа и увеличивается до 500 МПа при введении в керамику 20% (об.) TiB₂. В рамках аналитической модели квазистатического проникновения ударников в хрупкие тела установлено, что гетерофазная керамика B₄C−CaB₆, состоящая из “прочного” (карбид бора) и “слабого” (борид кальция) компонент имеет более высокий уровень механических свойств, чем соответствующая монофазная керамика.

Дослiджено закономiрностi фазо- та структуроутворення, а також мiцнiснi характеристики гетерофазної керамiки систем B₄C−CaB₆ i B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, що при застосуваннi технологiї реакцiйного гарячого пресування присутнiсть вiльного вуглецю в шихтi забезпечує вiдновлення оксидних домiшок та активує процес спiкання. При цьому мiцнiсть при згинi отриманих композитiв B₄C−CaB₆ в iнтервалi концентрацiй CaB₆ 0–30% (об.) становить 420–425 МПа та збiльшується до 500 МПа при введеннi у керамiку 20% (об.) TiB₂. В рамках аналiтичної моделi квазiстатичного проникнення ударникiв у крихкi тiла встановлено, що гетерофазна керамiка B₄C−CaB₆, яка складається з “мiцної” (карбiд бора) i “слабкої” (борид кальцiю) компонент, має значно вищий рiвень механiчних властивостей, нiж вiдповiдна монофазна керамiка.

Regularities of the phase and structure formation and strength characteristics of ceramic heterophase systems B₄C and B₄C−CaB₆−CaB₆−TiB₂ are investigated. It is shown that, under the application of technologies of the reaction hot pressing, the presence of free carbon in the charge ensures the recovery of oxide impurities and activates the sintering. In this case, the flexural strength of the composites B₄C−CaB₆ in the concentration interval 0–10 vol.% CaB₆ is 420–425 MPa and increases up to 500 MPa with the introduction of about 20 vol.% TiB₂ in the ceramic. Within the analytical model of quasistatic penetration of indenters in brittle solids, it is established that heterophase ceramics B₄C−CaB₆ composed of “strong” (boron carbide) and “weak” (calcium boride) components has higher mechanical properties than the corresponding monophasic ceramics.