Реальная структура и физико-механические свойства карбида бора тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

С ДЕСсортагщвя нтпо ознакомиться в библиотеке института физики Акаяакгн наук ГрУзйй но адрессу: 380077, ТОилиси-77, ул.Тамарашвили Нб.

Автореферат разослан —1993 г.

Учении секретарь специализированного совета, доктор фгзико-математических наук ' Г.И.Сурамлииггали

ОСщая 14рактврнотика работы

Иатирос исследователей к кароаду борз внзкаи прежде всего наличием чрезвычайно широкого комплекса эго химических, физических а механических свойств, перспективами технического применения в атомной г>нергеткке, виожотемлерзтуг них термоэлектрических преобразователях энергии, химическом машиностроении и технологии создания износостойких погерхкостеп не. деталях металлург» ческого оборудовлчия.

В настоящее-время возможности, практического' использования карбида бора сильно ограничены трудностями получения объемных кристаллов о заданной чвстотоа и совершенства . кристаллической структур«. Поэтому изделия карбида бора обычно получают методами порошковой металлургии, в частности горячим прессованием или синтезом и иоследуюади ¡«»тактированном под высоким давлением. Указанные специфические технологические условия обусловливает г,рачительную зависимость структурно-чувствительных свойств от пористости, Формы- размера и . opaei тацик -iepep, вид*, концентрации а распределения примесей и характерных кристаллографических дефектов по объему образца.

Карбид бора является Фазой с переменным составом. Изменение состава клрбида бора преимущественно обусловливается замещением части атомов углерода атомами бора на тригональной оси. Оно прятодит к изменению параметров решотки и якергетк-чоских характеристик зарождения и миграции структурных дефектов в ромбоэдрическом карбиде бора.

D связи с этим яьляется актуальным комплексное ясследо-

вау^з етр>,<турного состояная, вида, распределения в параметр';© акти.;,а ции движения структурных дефектов, механизмов их влияния на фаекко-механнчэскне свойства образцов карбида бора. полученного и различных технологических условиях.

Работа выполнена во илану научно-исследовательских работ АН Ресыублйки Грузия по генам МЛ гос. регистр. 01860019017 <1887 _ 19Я2 ГГ).

Цель работ н венозные задачи. Целью работы являлось исследование влвяшю состава я технологии получения на структуру н Фкзико-мехагкческне свойства карбиде бора. Для этого изучались я сравнивались между со Зой результаты исследований образцов полученных высокотзмцоратурним конпактнрованиэм к плавлением, компактлровариеи под различным давлением. о различным содержанием бора б угле;ода. В работе использовались методы внутреннего трения, электронной дифракции к рентгеновского анализа.

Научная ¡¡опита. Моргав есслодованы особенности тенле-натурного спектра низкочастотного внутреннего трения в динамического модуля сдввга- б зашеямоотв от реальной структуры образцов карбида бора, определены активашгонные характеристики движения структурных дефектов, ответственных за релаксационное рассеяние энергии механически колеоанив;

Установлена закономерность изменения параметров активации двикения характерных структурных дефектов _ дислокация и деформационных двойников, взанмодеествуюзщх с разбавленной и наезденной примесными аткосфэралк;

На основании результатов эййктронно-иккроскопкческого

се чедоваиия лзоааикоЕюй структуры выасшз ьчрактор распреде-ДЙНЧЯ Ц0ЛЙСИНГеТИЧ9СКИХ ДВСЗЯЯКО». ОЦ9НОЯЫ ра'З.ЧОрЫ индивидуальной дюаниковоа прослойки, определены освоввне крясталло-графнческио элементы двойникотиия в хзр'яде Оора;

Предложен механизм релаксационного п гиотереэпсного внутреннего трения, обусловленного движением границ раздела двойников в оОратимсго процесса разруиеиш-вооставовления конфигураций примесных комплексов и икосаэдров в поло знакопеременного механического напряяонал.

Практическая ценность. Результаты изучения характера распределения деформационных двойкнкоп а дефектов упаковки п анализа особенностей строения раг-гпорядочевинх оОластоВ „мекду кристалличйскама частицами могут быть использованы при разработке технологии получения обгомаых кристаллов карбида бора с заданной степенью говераенстрл роальноа структуры.

Определенные основные кристаллографические элементы 5Боаннкоиааая к значения характеристик: /активации двизкшия структурных дефектов являются ваганымя физическими параметрам-1ри решения проблемы аовышеная пластичности о целю создания »аэлячных конструкт»* н г^делгг й* каронда оора с зада тан мн ^изико-механическимя и эксплуатационными свойствами.

На защит» »«носятся:

1, Результаты рентгеновского дифракционного н электрон-ю-микроскопкческого ксследсоания фазового состава, парамет-юв ромбоэдрической элементарной ячейка, кристаллографических еобенностей характерны* структурных дефектов в зависимости т условии получения образцов.

•1. I ••■ чьтаты всолодовавия трксвратур^ого савхгра внутреннего трет. I е дшижгчвского модуля сдвяга при сюочлпул -тухакдадх крут.-тлих колооашшх.

3. анализ зоко[1оис'рах;то£ езиоимшя актввацЕОЕЕых характеристик ралаксааионних мекмшумоа длслокацаоцного внугрзаяе-го трения.

4. ¿Ц1 лнз иаханнзиов ролакслцаоиного в гвстерозисиого рассеяния эвергии моханачэскцх коллапса, оОуслоглоаного двв-вением дпслокаща и границ раздела двовникоо, кшймодойству»-онх с атносфвракв точечных д&Ф&ктсв в кароадэ оора с чадишоа роалыюа структура.

Апробация р£бо?ы. Результат двогерташюнноа раОоти докладывались ка международном синпозиуме по Оору. отрядам в родственным со&двяеаиян (г.: АльОукерк. США, 1990г >.

Публикации. Основное содержанка диссертаций ояузликопано

Структура н оЗъэи д»ссе?га«ин. состоит и?

сводэнвя, вести глав'н цэхлкчеяея с выводами ООъвм длг/хл'та-шш составляет 117 страниц наиаяоц>:саого текста, включает 28 РЕсунхов. 5 таСляци. БиОшогряФая шдэгжит 137 наименований.

В кэдонки оОосноваиа актуальность проведенной раЮты Даны оОщая характеристика дидаэртациор^а рч'-оты и опновнын аоложевня.

О первой г л аса приводится критический анализ лит&ратури

и? второго влл.ни, что г.^рЗи« Оора хар5лтгрипуотся ромйоэлр?-оз структурой, В виримяах рокОоодр* иаюдптся В12 вкиса-5Дра, п па большом диагониле рааюлояанз трэхатомиая цепсчкя С-г-0 Для карбида сора характера а доьольно старокал область гомогенн^ти. В частности, изммегше содержания графита от 6 ДО ПРОЦЕНТОВ И» Мо.'.'ЯЯ РОМООЗДРНЧ'КЕОП структуры приюлнт лишь к гтимному чамещинно атомов бота я углерода р цепочке н в ккоегэлрзх. Такое чэменекмг меняет параметр ромСоэдра, а такя* оказыпяет влияние ка состояние дефектов в структур материала.

Оо второй гласа'охарактерпэоьапы методики последовая и я п исояйдувмио образцы » частности, ВГ,С, получонянп ^ высоко -температурным прессованием, Вуу>2- три оорязм П^С, полученные в различных условиях, я первпдарленЕЫЯ образец 3^0 Для исследований в осног.чом использовались методы рентгеновской дифракция, электронографии, электронпоп микроскопии а гнутрмтего трения.

Грэтья глава посвядона результатам, подученных аэ структурных иосл^дораяиа. Согласно рентгеновскому дифракционному

ЙОГ" "»/^ЬЧ ПИЮ КОНЦОМ Грауитч, «в ДЙСи&рСПС>СТЪ И

дв^ктнс-.тъ рачличиа как в раэлачньх оораэцаз. так и в разиях участках одного и того не оОраоц*. в образцах ' - ВдС н В^й, гр-.фкт не наГ^л к дается. В дифракционном спектре образца В^С. хомпактнроваиного под давлением ШПа выявляется неболыляэ сателлиты *ло соседству о основными пиками. Оно свидетельствует оо отклонении от с.ехнонвтрвческого состава в различных областях образца. В действительности, параметры рэиетки, вы-

чгхлт'нтлъ оггзошнм пикам, а также по сателлитам совпадают

о параметра«-:, характерным* для различных точек области гомогенности карбид-; «Гора. Расчетанние параметры решетки для всо1 образцов совпадает о соответствующими литературными данными.

На гжлектрокограмках состояние структуры часто отображается в виде дифракционных колоц Неравномэрпоо изменение толщины колец в периодическое изменена их интенсивности указывают на наличие нронмуцеотвенноа ориентации кристаллографически* дефектов в мэлкодюпорсяоа кристаллической структуре. Наряду с фазов В4С часто наОлюдаются фазь В^С и "-"тетрагональный" Сор, а' такие неизвестные фазы, шторма образуются оором в углеродом совместно о примесными чтомами.

В мектроянсм микроскопе изучены форма и размеры крао-.аллических частиц, характерные структурные дефекты. В зернах

наблюдаются скопления микродвойннков, которые в некоторых

случаях распространяются из одного зерна в другое. Двойники в основном расположены в Риде параллелных пакетов. Относительно толстые пакеты двойкяноп часто пмрес&каются двойикквкн срар-ннтельно малит размеров/ Минимальная толщина двойниковой що-слоаки составляет "30 - 100пэ. На з'лектронных микрофотографиях обнаруживается контраст, обусловленные наличием пор »; мелких примесных фаз в реаяьвой структуре комиактировашшх образцов карбида бора.

В элементарной ромбоэдрической ячейке плоскость симметрии (НО) ' перпендикулярна к плоскости дюяяикования <СЮ1), из требования однородности деформации при дюаникованиЕ плоскость (1Г0) должна совпадать с плоскостью сдаига. На переев-

о, пгн шютгост*й .i;«'»ht н^пряв те!!п9 í 110), -4íлтяг5лп132г'*!

о^'оя ггпразлеппе кркстащ'огра'йапоского огзугй зри двсЯнпко-заняв. Но сснов» этих крясталлограФвпсоУлг дантгит: н аваггзг млксмэльвого расо'«п^знйя иаторякского к двозиакового р?1яг?с-оо? па мол/мьно2 мзктгозограмкэ опрел«: t»za в&лячпяа ул много кргстеллоггэф!-"?«г^сго сдэяга. Опз близка к Q,0. Ркло уст?.-повлего, тто взлггпга ;*Д5лького крвсгаллогра^яческс^о сдвг.га ЗрЗ ЛМСЯ"Г"0Г2^Т!П Р ПЛОСКОСТЯХ <001 > ПСТКйЧКТвЛЬПО ЦРЛ*"?.

3 ü2bfc1í»0cts от р'?5льпого счр'/ггурлого оостояеел кос,"ол.уо:п'^

сбрззпсз карбида бора.

3 чягггргоЗ гяагз ■ npe^crawiesu результаты гселэдоъппгп ^азако-мегхгнячосхкх сотйств различных образцов каропла бора. Яоучздиэ элоктроФкзпчбскпх споиств показало, что исслвдуемпо образцу характеризуется дырочной электрическое прозодккоог.-п. Концентрация дыроу. при комчатной т&наературэ нвляотсп в пределах 101/ - ш'^си"3. Максимальная концентрация носителей том фиксируется в ооразпзх с относительно большим содеряаяп-ск сора а, в особенности, в образцах, прокэдпкх тормичооч'о обработку в потока водорода. Очевидно, водород рааруиает мв-rzc.7z2z"u£i:b цримесяне комплексу. В результате atoro оольаал часть атомов прм-юеэй переходят в твердый раствор в электри-чеенн активном состоянии я соответственно певыааэтея концэыт-Рчхдкя коезтолея тока. Последнее в состоянии окачивать влияние и характер заполнения дополнительных дислокационных уровнял з запрещмпоз зоне а тем самым изменять подвижность дислокаций. в ромбоэдрическое уешотке карбида бора.

В температурном спектре внутреннего трения образцов,.

котьхтаюсс пвых под давлением СИПа на частоте "¡Гц крутильни* колебанкг еыяьлеаь; релаксационные максимумы при 11.5, 145, 200, 235. 480 я ОЗОК. Релаксационные ироиехы характеризует«;* значениями энергии активации к частотного факторе, рльныки 0,10; 0,18; D,25; 0,40; 1,00 К 2.30эВ к 1 10&, 9 106. МО7, 11012 и 5J0uc_1 соответственно. В области гемиьра-тур 18& а 630Н обнаружены гкстореансйые мак<;Емум*< внутреннего трекия. Отжиг в юдороде при 950К в тачннле Зч анячит*.чьк<-уменьшает интенсивность гистер&зисных процессов. усилим от Релаксационные процыхы рассеяния колебатеил! ао« онаргик, ка 10 - 152 понижает величины яктив;шиойных характеристик. Последующий отжиг в кй-."«:ом вакууме =-10—1 По оказывает вли»щ.-ь на характеристики релаксацноаного максимума ирй 830К, пчрнм-* ет остальные релаксационные максимумы на 15 20К в сторону

высоких температур. Соответственно восстанавливаются исходные

значения активационных параметров. Интенсивность редаксацион аых и гистерезисяых максимумов увеличивается цропорцк^аалььо амплитуде крутильных ксиюбална.

Спектр внутреннего треагя образцов. кокаактнроЕаивых под давлением 35Ш1а характеризуйте: otbccetöj&bo низким фоном. Р0дьетмн величинами дефекта модуля сдвига а интенсивности релаксационного внутреннего трекия в окрестности 480Е. Ьиачо цая актквациоиных параметров рздаксацеоавы! «¿кскнуков елклкь к аналогичным характеристикам пг д^дудкх образцов.

Б образцах карэада сюра,, содержат IObsäC. рслаксацк оанне процесса выделяются отпоаггел^..- .-.аорками значгсгямк энергии активации, частотного фактора г температуры как:»:

Чб/М'.чГ1) liîîУTt-емtlel'fi Tpei/ИЯ. £) ЧАСТНОСТИ HHTeHCiîBJ'.'îO р:'УТ?9И-

чьи т\-зш> при 610К характеризуется эвергкеп активации . =4,230 1 частотным фактором, ученым 5 Заметно возрастает

гдтчнсирчость н^релчксацнонных пгоцр>сс-в в облает я 185 я Vk'K. В окр^-тчссти ЯХ)К нчблюдается допояз?твльняЯ максимум :-7ре"чи.)'-imhoi'O пг'Л^.-хоггдення.

В т«мяер«т/рном спектре внутреннего тр^кия образцов чяр-"зда бор«, отстав которых определяете? '