Механічні властивості спрямовано закристалізованого евтектичного сплаву В4С – ТіВ2 ЛЕГОВАНОГО ЛАНТАНОМ

Анотація

Матеріали на основі карбіду бору, привертають до себе увагу завдяки комплексу властивостей, таких як висока твердість, корозійна стійкість та здатність до поглинання нейтронів [1]. Проте низька міцність і висока крихкість обмежує галузі використання такої кераміки.
В даній роботі було досліджено вплив легування лантаном на механічні властивості спрямовано закристалізованого евтектичного сплаву В4С – ТіВ2. Мікроструктура одержаного сплаву легованого лантаном являє собою матрицю із карбіду бору армованого включеннями ТіВ2. Також особливістю структури є наявність третьої фази – гексабориду лантану, яка розташовується на міжфазних границях матриці із В4С та крупних включень ТіВ2. Залежність зміни механічних властивостей від кількості легуючої домішки показана рис. 1.

Рис. 1 – Залежність механічних властивостей від вмісту хлориду лантану гептагідрату у вихідній суміші
Спадання інтегральної мікротвердості композиту насамперед пов’язано зі зростанням вмісту фази LaB6, так як серед виявлених фаз саме ця фаза має найменшу твердість по Вікерсу (18-20 ГПа) [2]. Спадання тріщиностійкості пов’язано із укрупненням структури зі зростанням кількості введеного хлориду лантану. При поширенні тріщини крупні включення руйнуються разом з матрицею (рис. 2, а), в той час як дрібні сприяють відхиленню або гальмуванню тріщини (рис. 2, б).

а
б
а – В4С – ТіВ2 із 3об.% LaCl3; б - В4С – ТіВ2 із 1об.% LaCl3
Рис. 2 – Особливості поширення тріщин в композиті
Для спрямовано закристалізованого композиту В4С – ТіВ2 легованого 2 об.% LaCl3, міцність на згин при кімнатній температурі склала 271 МПа, та при Т=1600 оС – 282 МПа, що, відповідно, на 30 % та на 20 % вище міцності нелегованого евтектичного сплаву B4С-TiB2. Дещо вищі значення міцності на згин пов’язані із тим, що КТР LaB6 має проміжне значення між КТР матриці та волокна, що сприяє кращому зчепленню матриці із армуючими включеннями.
Механічні властивості композиційних матеріалів даного типу великою мірою залежать від характеристик зчеплення матриці і армуючої фази, саме тому утворення третьої фази на межі розділу фаз значною мірою впливає на формування механічних властивостей.