Анотація до роботи:

Богомол Ю.І. Формування структури і властивостей спрямовано закристалізованих сплавів систем В₄С – Ме^IVВ₂. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.06. – Порошкова металургія та композиційні матеріали. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ, 2007р.

Робота присвячена створенню фізико-хімічних основ одержання спрямовано армованих керамічних композиційних матеріалів на основі карбіду бору з підвищеними фізико-механічними властивостями і розробці на їх основі керамічних катодних вузлів з підвищеним строком служби, покращеними накальними та просторово-геометричними характеристиками в газорозрядних та електронно-променевих пристроях електронної техніки.

Досліджено будову діаграм стану квазібінарних систем В₄С – ТіВ₂, В₄С – ZrВ₂, В₄С – HfВ₂ і уточнено параметри їх евтектик. Розроблено трьохфазні спрямовано армовані композити LaB₆-В₄С-ZrВ₂ та показано, що вони представляють собою матрицю із карбіду бору армовану диборидом цирконію з включеннями емісійно-активної фази гексабориду лантану. Показано вплив добавок аморфного бору на процес спікання евтектичних сплавів В₄С – Ме^IVВ₂. Металографічним аналізом показано, що спрямовано закристалізовані евтектичні сплави В₄С-ТіB₂, В₄С-ZrB₂ і В₄С-HfB₂ представляють собою матрицю із карбіду бору, армовану стержневими та пластинчатими включеннями диборидів перехідних металів. Досліджено вплив кінетичних параметрів процесу вирощування на мікроструктуру та фізико-механічні властивості спрямовано закристалізованих евтектичних сплавів.

Створено технологічні основи виробництва нового покоління керамічних катодних вузлів з заданими енергетичними та просторово геометричними характеристиками, які випробувані в промислових умовах і застосовані в приладах електронно-зондового аналізу та установках технологічного призначення.

1. Розроблено фізико-хімічні основи процесу одержання та формування структури армованих композиційних матеріалів підвищеної чистоти із суміші порошків B₄C, ТіВ₂, ZrВ₂, HfВ₂ та LaB₆, які ґрунтуються на будові діаграми стану, кінетиці процесів активованого добавками бору спікання порошкового матеріалу в умовах швидкісного високочастотного нагрівання, великого температурного градієнту та керованої спрямованої кристалізації із розплаву.

2. На основі досліджень структури, фазового складу та температури плавлення сплавів розроблені трьохфазні спрямовано-армовані композити LaB₆-В₄С-ZrВ₂ та уточнено склад евтектик в квазібінарних системах В₄С – ТіВ₂, В₄С – ZrВ₂ і В₄С – HfВ₂, які відповідно вміщують 65 мас.% В₄С і 35 мас.% ТіВ₂, 58 мас.% В₄С і 42 мас.% ZrВ₂ і 43 мас.% В₄С і 57 мас.% HfВ₂, 31,2 мас. % – LaB₆, 22,8 мас. % – В₄С і 46 мас. % – ZrВ₂.

3. Запропоновано та реалізовано активоване добавками надлишкового бору спікання пресовок з сумішей порошків карбіду бору та боридів перехідних металів (Ti, Zr і Hf), що дозволило сумістити процес спікання та зонної плавки пористих порошкових пресовок. Встановлено, що введення в вихідну суміш до 10 об.% порошку аморфного бору активує процес усадки в боридах Ті, Zr, Hf та карбіді бору. Причому чим більша маса і розмір атому перехідного металу, тим більша кількість добавки необхідна для активації процесу ущільнення при спіканні.

4. Встановлені основні закономірності формування структури під час спрямованої кристалізації розплавів евтектичних сплавів систем В₄С-ТіB₂, В₄С-ZrB₂ і В₄С-HfB₂. Металографічним аналізом показано, що композити представляють собою матрицю із карбіду бору, армовану стержневими та пластинчатими включеннями диборидів перехідних металів. Вперше експериментально виявлено кількісний взаємозв’язок між зменшенням діаметру диборидних включень, збільшенням їх кількості і довжини по мірі зростання швидкості кристалізації та зменшення порядкового номеру перехідного металу, який утворює диборид, що дозволяє змінювати діаметр диборидних волокон від 0,8 мкм до 3 мкм шляхом регулювання кінетичних параметрів процесу зонної плавки порошкових заготовок.

5. Встановлено вплив структурно-геометричних характеристик та природи диборидної фази спрямовано закристалізованих композитів на їх фізико-механічні властивості. Збільшення кількості та зменшення розмірів диборидних включень призводить до збільшення мікротвердості, в’язкості руйнування та міцності на згин композитів. Виявлено, що механічні властивості одержаних матеріалів підвищуються у ряду B₄С-HfB₂B₄С-ZrB₂B₄С-TiB₂, що обумовлено напружено-деформованим станом фазових складових композитів.

6. Вперше виявлені закономірності впливу чистоти, природи та мікроструктури спрямовано закристалізованих сплавів B₄С-ZrB₂, B₄С-TiB₂, B₄С-HfB₂ на їх електропровідність. Показано, що експериментальні значення питомого електроопору задовільно співпадають з розрахованими для представницького елементу мікроструктури, який складається із двох опорів матричної і армуючої фази, включених паралельно і третього із матричної високоомної фази B₄С, послідовно. Розрахункові дані задовільно погоджуються з експериментальними.

7. Вперше досліджені теплові властивості спрямовано закристалізованих композитів систем B₄С-ZrB₂, B₄С-TiB₂, B₄С-HfB_2. Встановлено, що з підвищенням модуля пружності та зменшенням довжини диборидних волокон к.т.р. композиту зменшується.

8. Застосування нових керамічних спрямовано армованих композиційних матеріалів на основі B₄С в якості нагрівачів дозволило підвищити ефективність катодних вузлів технологічних ЕПП та приладів електронно-зондового аналізу. Заміна вольфрамових катодів на керамічні із сплаву LaB₆-В₄С-ZrВ₂ дозволила збільшити струм емісії в 2 рази, термін експлуатації в 2-4 рази і зменшити струм розжарювання в 4 рази. Застосування керамічного катода дозволило спростити конструкцію катодного вузла та зменшити теплові навантаження на конструкційні елементи електронно-променевої системи в цілому.

Розроблені катоди та катодно-підігрівні вузли рекомендовані до застосування на приладо- та машинобудівних підприємствах і в установах України (ВАТ СЕЛМІ, НВО „Зоря”, „Машпроект”, ІЕЗ ім.О.Є.Патона НАНУ, ІРФЕ НАНУ) та Росії (Російський ядерний Центр „Курчатовський Інститут”, ФГУП „Центр Келдиша” та багатьох інших).

Публікації автора:

Основні положення дисертації викладені у таких роботах:

1. Лобода П.І., Богомол Ю.І., Шлюко В.Я. Поліпшення експлуатаційних характеристик зварювальних електронних гармат застосуванням монокристалічних гексаборидлантанових катодів // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2000. - №5. – С. 69–75.

Здобувачем проведено виготовлення монокристалічних катодів з LaB₆ та збирання катодних вузлів.

2. Лобода П.І., Богомол Ю.І., Шлюко В.Я. Одержання високочистих катодних матеріалів на основі гексабориду лантану // Хімічна промисловість України. - 2000.- №5. – С. 25-31.

Здобувачем проведено експерименти по боротермічному відновленню.

3. Лобода П.И., Богомол Ю.И., Онисько Е.А. Сплавы сверхтвердых порошковых материалов В₄С-TiB₂ для металлообрабатывающего инструмента // Вісник ЖІТІ. – 2000. – №14. – С.14-20.

Здобувачем проведено дослідження діаграм стану і впливу добавок бору на процес спікання порошкових пресовок В₄С-TiB₂

4. Лобода П.І., Богомол Ю.І., Шлюко В.Я. Вплив добавок бору на спікання порошків боридів перехідних металів // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2001. – №5. – С. 62 - 68.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження впливу добавок бору на процес спікання диборидів титану, цирконію та гафнію.

5. Loboda P.I., Bogomol Yu.I. The thermal stability of the directionally reinforced boride ceramics microstructure // Ceramics. – 2002.- Vol.69. - P. 117-124.

Здобувачем проведено виготовлення зразків спрямовано закристалізованих композитів.

6. Лобода П.І., Богомол Ю.І. Одержання, структура та властивості сплавів систем В₄С-Ме^IVВ₂ // Металознавство та обробка металів. – 2004. –№ 3. – С. 84-90.

Здобувачем проведено одержання зразків спрямовано закристалізованих композитів В₄С-Ме^IVВ₂, дослідження фізико-механічних властивостей.

7. Лобода П.І., Кайдалов А.А., Богомол Ю.І. Новые катодные узлы для электронно-лучевых установок технологического назначения // Сварщик. – 2005. - № 4. – С. 30 – 32.

Здобувачем проведено виготовлення монокристалічних катодів з LaB₆ та збирання катодних вузлів.

8. Структура і властивості надтвердих матеріалів на основі псевдобінарних систем боридів, отриманих методом зонної плавки / П.І. Лобода, Ю.І. Богомол, М.О.Сисоєв, Г.П.Кисла // Сверхтвердые материалы. – 2006. – №5. – С. 30-34.

Здобувачем проведено вирощування спрямовано закристалізованих композитів В₄С-Ме^IVВ₂, дослідження діаграм стану та фізико-механічних властивостей.

9. Лобода П.І., Богомол Ю.І. Мікромеханічні характеристики спрямовано закристалізованих евтектичних сплавів системи B₄С-Me^ІVB₂ // Металознавство та обробка металів. – 2006. – № 4. – С. 33-40.

Здобувачем проведено вирощування спрямовано закристалізованих композитів В₄С-Ме^IVВ₂, дослідження структури, мікротвердості та тріщиностійкості.

10. Вплив кристалографічної орієнтації матриці і діаметра стержнів на властивості спрямовано закристалізованих евтектичних сплавів / П.І.Лобода, Г.П.Кисла, Ю.І. Богомол, М.О.Сисоєв // Металлофизика, новейшие технологии. – 2006. – Т.28 (спецвыпуск). – С. 147-155.

Здобувачем проведено одержання квазібінарних евтектичних сплавів В₄С-Ме^IVВ₂, дослідження кінетичних залежностей параметрів структури та фізико-механічних властивостей.

11. Лобода П.И., Шлюко В.Я., Богомол Ю.И. Закономерности капиллярного транспорта растворителя примесей при зонной плавке порошковых материалов // Труды Междунар. конф. «Перспективные материалы». – Киев, Украина. – 1999. – С.31.

Здобувачем проведено виготовлення заготовок та вирощування монокристалів тугоплавких сполук.

12. Лобода П.И., Шлюко В.Я., Богомол Ю.И. Влияние добавок бора на спекание боридов переходных металлов // Труды Междунар. конф. «Перспективные материалы». – Киев, Украина. – 1999. – С.23.

Здобувачем проведено одержання зразків, спікання, дослідження мікроструктури.

13. Loboda P.I., Bogomol Yu.I. Conductance of directionally crystallized eutectic alloys of B₄C-Me^IVB₂ systems // Science for Materials in the Frontier of Centuries: Advantages and Challenges. Proceedings of Conference. – 4-8 November. – 2002. – P. 104-105.

Здобувачем проведено виготовлення заготовок, вирощування композитів В₄С-Ме^IVВ₂, вимірювання електропровідності.

14. Лобода П.И., Богомол Ю.И. Механизм упрочнения армированных керамических композитов на основе боридов // Тр. Медунар. Конф. «Материалы и покрытия в экстремальных условиях». – К.: Академпериодика. – 2004. – С. 35-36.

Здобувачем проведено вирощування спрямовано закристалізованих композитів В₄С-Ме^IVВ₂, дослідження механічних характеристик.

15. Лобода П.І., Кисла Г.П., Богомол Ю.І., Сисоєв М.О. Кристалізація, структура і властивості спрямовано закристалізованих евтектичних сплавів псевдобінарних систем боридів // Наукові праці міжнародної конференції «Евтектика VII». – Дніпропетровськ: НМАУю – 2006. – С. 123-125.

Здобувачем проведено виготовлення заготовок, вирощування композитів В₄С-Ме^IVВ₂.