авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 17 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ XV МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, ...»

-- [ Страница 4 ] --

Под ред. Б.Э. Геллера – М.: Машино- скими свойствами / Ю.Б. Куликова, Л.Г. Панова, С.Е. Ар строение, 1988. – 488 с.: ил теменко // Химические волокна. 1997. – № 5. – С. 48–51.

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК МЕДИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СВМПЭ Лелоюр З.И.

Научные руководители Зенин Б.С., к.ф.-м.н., доцент;

Кондратюк А.А., к.т.н., доцент Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: zoichic-87@mail.ru Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) – виях: нагрузка на образец – P = 9,9 кПа;

усреднен полиэтилен с молекулярной массой более 1,5·106 г/моль. ная линейная скорость образца – V = 30,05 мм/сек;

Сверхвысокая молекулярная масса этого полимера угловая скорость образца – W = 7,06 об/сек;

общая определяет его уникальные физико-механические длина пути за время испытаний 90 мин L = свойства, резко отличающие его от всех других марок 1746,6 м.

полиэтилена. Таблица В частности СВМПЭ обладает: повышенной же- Химический состав исследуемых образцов сткостью и исключительно высокой ударной проч- № Материал Cu, % ностью;

повышенным сопротивлением к абразивно- 1 СВМПЭ + Cu му воздействию (высокой износостойкостью);

низ- 2 СВМПЭ + Cu ким коэффициентом трения;

высокой стойкостью в 3 СВМПЭ + Cu агрессивных средах (коррозионной стойкостью). 4 СВМПЭ + Cu В целом СВМПЭ можно определить как кон Основным методом расчета величины износа струкционный полимерный материал с уникаль были приняты измерения потери массы, которые ными физико-механическими свойствами для раз определялись на весах TYP WA-33 с точностью до нообразных областей применения, в том числе в 0,00005г.

экстремальных условиях.

Исследование прочностных характеристик бы Создание композиционных материалов на по ли проведены на установке «Instron» при скорости лимерной основе позволяет значительно повысить деформирования 2 мм в минуту.

характеристики полимерных материалов и значи тельно расширить область их применения [1]. Результаты испытаний и их анализ Целью работы является исследование влияния В табл. 2 представлены результаты износа ма количества наполнителя на механические харак териалов m = m0 – m1 в условиях абразивного теристики объемных материалов на основе изнашивания. В качестве абразива использовался СВМПЭ.





порошок Al2O3. Перед началом испытаний образ Материалы и методики исследования цы проходили притирку в течении 10 минут.

Таблица В работе проводились испытания на износо Экспериментальные данные массового износа стойкость ипредел прочности при растяжении. Ис исследуемых материалов следовались образцы из чистого СВМПЭ (произ Изменение массы, г водства ТНХК) с добавкой в качестве модификато- Материал 30 минут 60 минут 90 минут ра порошка электролитической меди марки ПМС-1.

СВМПЭ+Cu (3%) 0,0067 0,0102 0, Химический состав образцов приведен в табл. 1.

СВМПЭ+Cu (7%) 0,0063 0,0155 0, Измерение износостойкости проводилось на СВМПЭ+Cu (10%) 0,0057 0,0167 0, установке испытания износостойкости покрытий СВМПЭ+Cu (13%) 0,0055 0,0079 0, ИИП-1. Испытания проводились в данных усло Секция 6. Материаловедение Рассмотрим особенности износа различных Анализ результатов испытания показал, что образцов во время испытания. Результаты испы- предельные значения прочностных характеристик тания на износ исследуемых материалов пред- (в) зависит от количества содержания наполните ставлены на рис. 1 и 2. ля. На рис. 4 показана зависимость в от концен трации.

0, Таблица Экспериментальные данные предельного значения СВМПЭ+Cu 0, прочности исследуемых материалов (3%) СВМПЭ+Cu 0, (7%) Материал в, МПа г m, СВМПЭ+Cu 0, СВМПЭ+Cu (3%) (10%) СВМПЭ+Cu СВМПЭ+Cu (7%) 0,005 (13%) СВМПЭ+Cu (10%) СВМПЭ+Cu (13%) 38, 30 60 t, мин Рис. 1. Кинетика износа материалов в условиях абразивного трения в, МПа На рис. 1 видно, что скорость износа материа лов в одинаковых условиях испытания различна.

Образцы с содержанием Cu 7 и 10% изнашивают- ся быстрее, чем остальные. При этом можно отме- 0 3 7 10 тить, что износ образцов с содержанием меди 3 и СВМПЭ+Cu (3%) СВМПЭ+Cu (7%) СВМПЭ+Cu (10%) СВМПЭ+Cu (13%) 13% практически одинаков (рис. 2). %, Cu 0, Рис. 4. Зависимость напряжения разрушения от про 0, центного содержания наполнителя 0, m, г 0, С увеличением количества наполнителя в со 0, ставе композита происходит постепенное сниже 0, ние прочности, минимум которого находится в композициях, содержащих от 7 до 10%. Введение 3 7 10 СВМПЭ+Cu (3%) СВМПЭ+Cu (7%) СВМПЭ+Cu (10%) СВМПЭ+Cu (13%) %, Cu наполнителя в количествах, больших выше ука занных резко увеличивает предел прочности.

Рис. 2. Зависимость износа от процентного содержания наполнителя Выводы На рис. 3 представлена кривая растяжения для Анализ полученных результатов показывает, образцов с содержанием Cu 3%. Подобные ре- что скорость изнашивания, а следовательно и вели зультаты получены и для других образцов. чина износа исследованных материалов зависит от количества наполнителей в них. Подобная зависи мость наблюдается и для прочности. Введение на полнителя может как увеличивать, так и уменьшать износостойкость. Образцы, содержащие 7 и 10% меди, изнашиваются сильнее, чем содержащие медь 3 и 13% соответственно. Предел прочности исследуемых материалов с повышением концен трации вводимого наполнителя сначала понижает ся, а при превышении 10% резко возрастает. Таким образом, введение порошка Cu до 13% обеспечива ет и высокую прочность, и высокую износостой кость.

Рис. 3. Зависимость деформации от напряжения с со держанием меди 3% Список литературы По кривым растяжения определили значения 1. Композиционные материалы. Справочник / под ред.

в для каждого из исследованных образцов Д.М. Карпиноса. – Киев: Изд-во Наукова Думка, 1985. – (табл. 3). 592 с.

XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

ПОЛУЧЕНИЕ ДИОПСИДОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТАЛЬКА И ВОЛЛАСТОНИТА Лисеенко Н.В.

Научные руководители Седельникова М. Б., к.т.н., доцент, Погребенков В. М., д.т.н., профессор Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: lisushka@inbox.ru ложением тетраэдров [SiO4]4-. Кроме того, при В настоящее время в получении керамических сутствие в составе диопсида ионов Mg2+ обеспе пигментов наметились новые тенденции. Тради ционный синтез из чистых оксидов и солей метал- чивает более интенсивное встраивание в его ре лов, используемый в промышленности, дает хо- шетку красящих ионов, поскольку их размеры близки к ионным радиусам Mg2+.

рошие результаты, так как полученные пигменты и краски имеют хорошие хромофорные свойства, Пигменты на основе волластонита СаSiO устойчивы к агрессивному действию глазурей и легкоплавки, но достаточно устойчивы к раство флюсов, а также к высоким температурам обжига. ряющему действию глазури, их можно использо Однако к недостаткам традиционной технологии вать для получения надглазурных красок и цвет относятся большая стоимость получаемого про- ных глазурей.

дукта из-за дорогих сырьевых материалов и высо- Широкие возможности даёт использование ких температур синтеза. Кроме того, ограничен кристаллических решёток природных минералов в ряд минералов, которые могут быть основой кри- качестве основ для перехода к производным кри сталлических структур пигментов. сталлическим структурам, поскольку в процессе Использование структур природных минера- их синтеза может участвовать большее количество лов позволяет синтезировать пигменты при более ионов – хромофоров. Таким образом, при исполь низких температурах, при этом сокращаются за- зовании ограниченного ряда минералов можно траты на их производство. Но природные кри- получить более разнообразную цветовую палитру сталлические структуры имеют ограниченную пигментов.

способность усваивать красящие ионы и при пре- Используя природные минералы тальк и вол вышении определённой концентрации начинают ластонит, с помощью различных подшихтовок выделяться в виде свободных оксидов, которые можно получить керамические пигменты со ухудшают цвет и не всегда устойчивы к раство- структурой диопсида [1, 2]. В работе изучали сле ряющему действию глазурей при высоких темпе- дующие реакции:

ратурах. 3MgO 4SiO 2 H 2O + 4(СаО SiO 2 ) + MgO = (1) Проведённые исследования показали, что, в = 4(СаО MgO 2SiO 2 ) + H 2O;

зависимости от особенностей строения кристал СаО SiO2 + MgO + SiO2 = СаО MgO 2SiO2 ;

(2) лической структуры, минералы проявляют разную 3MgO 4SiO 2 H 2O+ 3СаО + SiO 2 = способность к усваиванию красящих ионов. Так, (3) = 3(СаО MgO 2SiO 2 ).

например, диопсидовые пигменты на основе тре молита и диопсида имеют общую пироксеновую Проблемой синтеза является неоднородный структуру. Диопсид СаОMgO2SiO2 имеет цепо- многофазовый состав продуктов. Кроме диопси чечное строение. Основой кристаллической струк- довой структуры идентифицируются волласто туры этого минерала являются связанные между нит, метасиликат магния, форстерит. Реакции идут собой в цепочки кремнекислородные тетраэдры, многоступенчато, с образованием промежуточных располагающиеся параллельно вертикальной оси продуктов. Так, например, если в системе присут кристаллов. Цепочки соединяются между собой ствуют оксиды СаО и SiO2 следует предположить, посредством атомов кальция и магния, каждый из что на фоне основной реакции между ними будет которых окружен шестью атомами кислорода. происходить взаимодействие, в котором более В процессе перестройки амфибола в пироксен активным выступает СаО. На месте контакта СаО при термообработке тремолита захватывается и SiO2 со стороны СаО образуется 2СаО SiO2, большее количество ионов-хромофоров что ска затем с двух сторон от него 3СаО SiO2. Со вре зывается на окраске пигментов. Процесс изо менем весь СаО переходит в 2СаО SiO2, далее морфного замещения идёт за счёт ионов Са2+ и идет слой 3СаО SiO2, а со стороны SiO2 начинает Mg2+. Керамические пигменты на основе диопсида образовываться СаО SiO2. По окончании этого и тремолита устойчивы в подглазурной и надгла процесса основной фазой для сохранения баланса зурной росписи, они могут найти широкое приме по массе является твердый раствор SiO2 в СаО нение в качестве керамических красок.

SiO2. В продуктах реакции присутствует волла Строение диопсидовых цепочек отличается от стонит [3].

волластонитовых лишь пространственным распо Секция 6. Материаловедение 3MgO 4SiO 2 H 2 O+ ( 2 – х ) СаО + SiO 2 + Аналогичное взаимодействие может происхо (9) дить и между оксидами MgO и SiO2, При синтезе ( ) + хМеО 3 Са 2(1 – x ) MgМе хSi 2 O MgO и SiO2 всегда сначала образуется 2MgO·SiO2.

где х = 0,1–1 моль, МеО – оксиды металлов-хро Последующая выдержка приводит к появлению твердого раствора SiO2 в MgO и SiO2 и остатков мофоров.

В работе использовали маложелезистый тальк 2MgO·SiO2. Поэтому в продуктах реакции могут Алгуйского месторождения и обогащенный слю присутствовать форстерит и метасиликат магния [4].

дянский волластонит с содержанием основного Для снижения количества фаз, содержащихся минерала 96% и красящих примесей не более в продуктах реакций, повышения выхода основно 0,1%,. Тонкомолотые минералы смешивали со го продукта, улучшения однородности состава гласно реакциям. Высушенную смесь обжигали пигментов необходимо оптимизировать состав при температурах 1100–1200 оС.

основных компонентов шихты. Известно, что для повышения выхода желаемого продукта реакции Красящими веществами в исследуемых пиг ментах служили соединения переходных d– можно взять исходные компоненты в нестехио элементов: Fe3+, Cr3+, Co2+, Ni2+, Cu2+. Содержание метрических соотношениях.

Для исследуемых реакций предлагается в (1) хромофоров в пигментах, в пересчете на оксид изменялось в пределах 0.1–1 моль.

реакции снизить количество волластонита, во (2) и Пигменты опробовали в качестве подглазур (3) реакциях, соответственно, уменьшить содер жание «активных» оксидов – MgO и СаО. Скор- ных и надглазурных красок, а также цветных гла зурей.

ректированные реакции будут выглядеть следую щим образом:

Список литературы 3MgO 4SiO 2 H 2O+ 3(СаО SiO 2 ) + MgO (4) 1. Седельникова М. Б., Погребенков В. М., Верещагин В. И.

3(СаО MgO 2SiO 2 ) + H 2 O;

Получение керамических пигментов с диопсидовой струк СаО SiO 2 +0,7MgO + SiO 2 турой из талька // Стекло и керамика. – 1998. – № 5. – (5) СаО MgO 2SiO 2 ;

С. 16–18.

2. Седельникова М.Б., Погребенков В.М., Верещагин В.И.

3MgO 4SiO 2 H 2 O+ 2СаО + SiO2 (6) Керамические пигменты со структурами диопсида и 3(СаО MgO 2SiO2 ). анортита на основе волластонита // Стекло и керамика. – Синтез с ионами-хромофорами выше приве- 1999. – № 2. – С. 18–20.

дённых реакций идет согласно следующей схеме: Беляков А.В. Влияние различия в коэффициентах диффу 3.

3MgO 4SiO 2 H 2 O + 3(СаО SiO 2 ) + ( 0,7 – х ) MgO + (7) зии катионов на отклонение от стехиометрии в сложных оксидах // Стекло и керамика. – 1997. – № 7. – С. 18–20.

+ хМеО 3 ( СаMg 0,7 x Me xSi 2 O6 ) + H 2 O;

4. Будников П.П. Реакции в смесях твердых веществ / СаО SiO 2 + ( 0,7 – х ) MgO+ SiO 2 + хМеО = П.П. Будников, А.М. Гинстлинг. – 3-е изд., испр. и доп. – (8) М.: Стройиздат, 1971. – 488 с.

= Са Mg 0,7– х Ме хSi 2 O6 ;

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА ПРОЦЕССЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩИХ ПИГМЕНТОВ ШПИНЕЛЬНОГО ТИПА Львов О.В., Радишевская Н.И.*, Касацкий Н.Г.** Научный руководитель Радишевская Н.И., к.т.н., докторант кафедры ТСНМ ХТФ ТПУ Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, *Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, **Отдел структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН, 634021, г. Томск, пр. Академический, 10/ E-mail: Lvovov@net-ka.ru Одним из наиболее перспективных методов веществ, как способ механического измельчения получения керамических пигментов шпинельного компонентов шихты и качественного их переме типа является самораспространяющийся высоко- шивания. Для этой цели была использована шаро температурный синтез (СВС). Он основан на ис- вая планетарная мельница М3 с ускорением 45g.

пользовании тепла экзотермических реакций и яв- Высокотемпературный синтез пигментов ляется, по сравнению с традиционными методами, шпинельного типа проводили в установке посто более производительным и экономичным [1–2]. янного давления на воздухе. Применяли свобод При получении алюмокобальтовых шпинелей нонасыпные и прессованные порошкообразные в мелкодисперсном состоянии СВС методом при- исходные материалы, что, наряду с тщательно менялась механическая активация (МА) исходных подобранным составом, позволило проводить XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

синтез в режимах послойного горения и теплового Пигменты синтезируемые СВС методом мел взрыва. кодисперсны (50 m). Для получения дисперсно Для синтеза пигментов использовались окси- сти, применяемой в лакокрасочной промышлен ды: Al2O3, Co2O3, Co3O4, ZnO, MgO и порошок ности (4–9 m) продукты синтеза подвергались алюминия марки АСД-4. измельчению в шаровой мельнице в течение 30, Микроструктуру полученных пигментов ис- и 90 мин. Методом динамического светорассеяния следовали с помощью оптической микроскопии был определен их гранулометрический состав.

(Аxiovert 200M) и растровой электронной микро- Средний объёмный диаметр (СОД) частиц пиг скопии (Camebax). Идентификацию полученных мента примерно одинаков и составляет 5,33 m пигментов проводили при помощи рентгенофазо- (МА30) и 5,32 m (МА90).

вого анализа (дифрактометр – ДРОН-УМ1) и ин фракрасной спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр Nicolet 5700). Методом динамического светорас сеяния на приборе ZETASIZER NANO ZS (Malvern «Mastersizer-2000») был определен гранулометри ческий состав пигментов шпинельного типа.

Удельная поверхность образцов определена мето дом тепловой десорбции аргона (метод БЭТ) на Рис. 2. Микрофотографии структуры пигментов анализаторе удельной поверхности «Сорброметр». на основе Co3O4 без МА и с МА Синие пигменты были синтезированы в сис Particle Size Distribution темах: СоО-Al2O3, ZnO-CoO-Al2O3, MgO-CoO- 5. Al2O. В результате СВС-синтеза окисление алюми- 4. ния, используемого в качестве энергетической 3. Volume (%) добавки, протекает стадийно: 1 стадия – алюмо- термическая реакция;

2 – прямое окисление алю- 2. миния кислородом. 1. В результате первой реакции выделяется ко- 0. бальт, что является недостатком данного процес- 0.01 4.01 8.01 12.01 16.01 20.01 24.01 28.01 32.01 36.01 40.01 44.01 48. са. Использование механохимической активации Particle Size (µm) 12?30 24 ??????? 2008 ? 13 51 исходных реагентов приводит не только к умень- Рис. 3. Гранулометрический анализ пигмента шению размера частиц примерно в 10 раз, но и к (измельчение 30 мин) изменению фазового состава и структуры конеч Удельная поверхность также существенно не ного продукта. По данным РФА, МА приводит к отличается и составляет 2,5 м2/г.

снижению таких примесей, как корунд и кобальт.

Результаты показали, что для получения про ИК-спектроскопические исследования пока дукта с требуемой дисперсностью достаточно из зали, что при МА исходной смеси происходит мельчения в течение 30 мин (Рис.3).

образование зародышей новой фазы Увеличение времени измельчения до 90мин., алюмокобальтовой шпинели (Рис.1), что приводит согласно РФА, приводит к потемнению пигмента к снижению температуры начала реакции образо за счет намола железа, что также подтверждается вания шпинелей и более полному их протеканию.

химическим анализом.

Таким образом, механохимическая активация исходных смесей с последующим СВ-синтезом в режиме послойного горения приводит к получе нию пигментов шпинельного типа в мелкодис персном состоянии с хорошими цветовыми харак теристиками.

Список литературы Рис. 1. Микрофотография исходной шихты пигмента 1. Тимошин В.Н., Селин В.В., Милехин Ю.М., Кривошеев Н.А., до МА и после МА Яковлев С.И. Способ получения керамического пигмента.

Пат. № 2120918 RU, 27.10.1998.

На рис. 2 представлены микроструктуры пиг 2. Е.А. Левашов, А.С.Рогачев, В.Ю. Юхвид, И.П. Боровин мента до и после МА. Измельчение исходной ская. Физико-химические и технологические основы само шихты приводит к увеличению дисперсности и распространяющегося высокотемпературного синтеза. – однородности готового продукта. М.: БИНОМ, 1999. – 175 с.

Секция 6. Материаловедение ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА И РЕНТГЕНОВСКИХ КВАНТОВ НА АНИЗОТРОПИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ (ШУМЫ БАРКГАУЗЕНА) СВОЙСТВ ФЕРРИТНОЙ СТАЛИ Лю Шань, Ван Ян Научный руководитель Ю.П. Черданцев, д.т.н., профессор Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: lena63@sibmail.com Введение водорода в данном направлении может быть захват водорода на дислокации, также ориентированные в Данная работа посвящена исследованию влияния направлении, перпендикулярном прокату.

водорода и рентгеновских квантов на анизотропию Угловое распределение коэрцитивности шумов механических и магнитных (шумы Баркгаузена) Баркгаузена также зависит от угла наклона свойств ферритной стали 65Г. Исследования показа детектора относительно направления проката. Ко ли, что это во многом обусловлено большой эрцитивная сила, в нашем случае, практически об зависимостью растворимости и диффузионной под ратно пропорциональна магнитной проницаемости.

вижности атомов водорода от концентрации и типа Насыщение образца водородом практически не несовершенств кристаллической решетки, форми изменило формы распределения угловой зависимо рующихся в процессе изготовления и обработки сти магнитной проницаемости, однако значения металла. Природа взаимодействия атомов раство коэрцитивной силы в направлении, перпендику ренного водорода с точечными, линейными и более лярном прокату значительно уменьшились, в то сложными дефектами во многом еще неясна;

одна время как, амплитуда основных пиков не измени ко, без сомнения, именно это взаимодействие опре лась (рис. 3). Облучение рентгеновскими квантами деляет те особенности, которые обнаруживаются при изучении поведения водорода в неравновесных стали 65Г вызвало рост скорости звуковых волн по структурах. Одно из важных направлений в этих сравнению с исходным образцом (рис. 2). Это ука исследованиях связано с изучением роли водорода в зывает на упорядочение после облучения. Такую развитии дефектности структуры и превращения же картину можно наблюдать и при анализе маг микродефектов в макродефекты [1]. нитной текстуры (рис. 4). Значение коэрцитивности В настоящее время исследование радиационно- шумов Баркгаузена снизились, что подтверждает стимулированной (РС) диффузии водорода и суще- снижение уровня дефектности после облучения.

ствующие модели ускорения процессов миграции Н в металлах при облучении играет важную роль. При до наводороживания облучении, внедрении водорода и термическом воз- действии в стальных образцах с текстурой проката происходят изменения физико-механических частота, Гц свойств, связанные с перераспределением углового распределения механической и магнитной текстур.

Таким образом, вопрос о влияние водорода и рент- геновских квантов на анизотропию механических и после наводороживания магнитных свойств металлов имеет важное при- -50 0 50 100 150 200 250 300 350 кладное и теоретическое значение. угол поворота, гр.

Рис. 1. Зависимость скорости звуковых волн от угла Экспериментальные исследования поворота датчика АЭ стали 65Г до и после населения Образцы из стали 65Г диаметром 45 мм были водорода (образец № 1) вырезаны из листа проката толщиной 2 мм. Изме рения проводили на магнитном спектрометре 3МА. Результаты сравнивали с данными акусти- После облучения ческих измерений (скоростью звука) измеренной на приборе ASTR. Установлено, что в исследуе- частота, Гц мой стали 65Г кроме основного пика, совпадаю- щего с направлением проката (180 и 360 град на рис. 1) имеются дополнительные пики, перпенди кулярные этому направлению. После наводорожи- До облучения вания распределение механической текстуры су- щественно меняется только в направлении, пер -50 0 50 100 150 200 250 300 350 угол поворота, гр.

пендикулярном прокату, из чего можно сделать Рис. 2. Зависимость скорости звуковых волн от угла вывод, что водород занимает положения, соответ- поворота датчика стали 65Г до и после облучения ствующие осям (или плоскостям, ориентированным (образец № 2) в этом направлении). Другой причиной влияния XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

вывод, что водород занимает положения, соответ 6, ствующие осям (или плоскостям, ориентирован 6, до наводороживания 6, ным именно в этом направлении). Изменение маг 6, 6, нитной текстуры, подтверждает выводы об изме 6, Hcm нении физико-механических свойств при наводо 6, 6, роживании в указанном направлении. При облу 6, 6, чении в стальных образцах с текстурой проката 5, после наводороживания происходят изменения физико-механических 5, 5, свойств, связанные с перераспределением углово -50 0 50 100 150 200 250 300 350 го распределения механической и магнитной тек угол поворота, гр.

стур. Облучение рентгеновскими квантами приво Рис. 3. Зависимость коэрцитивности шумов Баркгаузена дит к росту скорости звуковых волн по сравнению Hcm от угла поворота датчика АЭ до и после населения водорода (образец № 1) с исходным образцом, что указывает на упорядо чение структуры стали. Результат подтверждается 7, результатами анализа магнитной текстуры: коэр 7, До облучения цитивности шумов Баркгаузена снизились.

6, 6, Список литературы 6, Hcm 1. Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства 6, структуры металла. – М.: Металлургия, 1979. – 221 с.

6, 2. Лю Шань. Исследование корреляций между скоростью звуковых волн в металлах и магнитными характеристи 5,8 После облучения ками (шумы Баркгаузена). Сборник материалов конфе 5, -50 0 50 100 150 200 250 300 350 ренции «Научная инициатива иностранных студентов и угол поворота, гр.

аспирантов российских вузов». Изд. Томского политехни Рис. 4. Зависимость коэрцитивности шумов Баркгаузена ческого университета. – Томск, 2008. – С. 210.

Hcm от угла поворота датчика стали 65Г до и после 3. Лю Шань, Ван Ян. Влияние текстуры металла на угловое облучения (образец № 2) распределение акустических(скорость звука) и магнит ных свойств(эффект Баркгаузена) стали//Перспективы Заключение развития фундаментальных наук: Труды международной В основе анализа полученных результатов конференции студентов и молодых ученых – Томск, 20– сделан вывод о том, что при наводороживании 30 мая 2008. – Томск: ТПУ, 2008. – С. 58–60.

стали 65Г распределение механической текстуры существенно меняется только в направлении, пер пендикулярном прокату, из чего можно сделать ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИСТЕРЕЗИС В ЛИТИЙ-ТИТАНОВОЙ ФЕРРИТОВОЙ КЕРАМИКЕ Малышев А.В.

Научный руководитель Суржиков А.П., д.ф.-м.н., профессор Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: malyshev@tpu.ru В большинстве работ, посвященных изучению утверждать о сегнетоэлектрическом характере ферримагнитных материалов, основное внимание диэлектрической поляризации.

авторов уделяется исследованию магнитных Известно [11], что материалы, сочетающие свойств [1-3]. Между тем, существуют работы, в ферримагнитные и сегнетоэлектрические свойст которых изучаются диэлектрические свойства ва, обладают рядом технически ценных характе ферритов, а также обнаруживаются различные ристик и поэтому являются перспективными объ диэлектрические «аномалии» [4-6]. В наших пре- ектами для поиска в современном материаловеде дыдущих работах [7-9] было показано, что кера- нии. Существуют работы [12, 13], авторы которых мика состава Li0.649Fe1.598Ti0.5Zn0.2Mn0.051O4 при указывают на перспективность подобных иссле определенных условиях проявляет закономерно- дований для магнитоупорядоченных материалов сти диэлектрических характеристик, свойствен- типа литиевых феррошпинелей.

ные сегнетоэлектрическим материалам. Исходя из вышеизложенного, в настоящей ра Из физики сегнетоэлектричества известно боте нами были продолжены исследования ди [10], что диэлектрический материал может быть электрических свойств литий-титанового феррита отнесен к классу сегнетоэлектриков по ряду при- с целью получения данных о полевой зависимости знаков, где главным является диэлектрический величины электрической поляризации P от на гистерезис. Поэтому, обнаружив данную характе- пряженности электрического поля E при различ ристику у изучаемого феррита можно достоверно ных температурах феррита. Для этого использова Секция 6. Материаловедение на классическая схема измерения петель гистере- Получаемое на экране осциллографа изобра зиса в сегнетоэлектрических материалах. жение оцифровывалось с использованием про Технология спекания и приготовления образ- граммы Grafula 3 и приводилось к соответствую щим размерностям осей зависимости P = f (E).

цов была такой же, как в [9]. Образцы приготав ливались по обычной керамической технологии из Построение графиков проводили с использовани синтезированной в заводских условиях шихты ем программы Origin 7.

марки 3СЧ-18 путем термического спекания прес совок на воздухе в лабораторной печи сопротив ления при температуре 1283К в течение двух ча сов. Режим спекания был выбран аналогично применяемому при промышленном производстве феррита марки 3СЧ-18. Для удаления приповерх ностных слоев феррита с неоднородным распре делением по глубине электрических свойств про водилась двухсторонняя сошлифовка при помощи Рис. 1. Схема экспериментальной установки порошка Al2O3 (с различным размером частиц) и Сойера-Тауэра по измерению петель диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектриках эльборовой пасты. Образцы имели форму табле ток с диаметром 13 мм и толщиной 0,24 мм, на Изучался вид петель гистерезиса на экране поверхность которых термическим испарением в осциллографа при температурных выдержках об вакууме наносились серебряные электроды. Диа- разцов феррита и варьировании параметров элек метр электрода составлял 5 мм. трического поля. В итоге петли гистерезиса уда Образцы устанавливались в специальную из- лось обнаружить при комнатной температуре об мерительную ячейку, служащую для температур- разцов и максимальной напряженности электри но-полевых измерений в составе измерительной ческого поля в материале 1500 В/см и диапазоне установки, собранной по схеме Сойера-Тауэра частот 600–800 Гц (см. рис. 2 и рис. 3).

(рис. 1) [10]. Для подачи переменного напряжения На рис. 2 показаны полевые зависимости ве на схему использовался звуковой генератор марки личины поляризации феррита при комнатной тем ГЗ-112 (ГЗ) с повышающим трансформатором пературе на частоте электрического поля f = (РТ) на выходе. Измерения проводились при 600 Гц, а на рис. 3 на частоте f = 800Гц.

варьировании частоты (0,02–3 кГц) и напряжения 2, на вторичной обмотке трансформатора (0–100 В), P, C/cm в диапазоне температур образца феррита 25– 1, 300 °C. 1, Нагрев образца осуществлялся в специальной 0, экранированной ячейке с нагревательными спира- Е, V/cm лями, ток в которых задавался при помощи мик- 0, -1500 -1000 -500 0 500 1000 ропроцессорного терморегулятор «ВАРТА». Ем- -0, кость эталонного конденсатора Сэ составляла 10000 пФ. Падение напряжения на эталонном -1, конденсаторе Uэ подается на вертикальные отсло- -1, няющие пластины двухканального осциллографа -2, С1-83 (ЭО);

на горизонтальные отклоняющие пла стины подается напряжение со вторичной обмот- Рис. 2. Зависимость величины поляризации от напряженности электрического поля E частотой ки трансформатора U. Напряжение Uэ, пропор 600 Гц при комнатной температуре ционально заряду на конденсаторе Сэ, а следова тельно, и заряду на конденсаторе Сх, поскольку 2, P, C/cm заряды последовательно включенных конденсато- 1, ров одинаковы.

1, Так как емкость образцового конденсатора Сэ много больше емкости исследуемого Сх (порядка 0, 20 пФ при комнатной температуре), то основная E, V/cm 0, часть подводимого к схеме напряжения падает на -1500 -1000 -500 0 500 1000 -0, конденсаторе Сх, то есть Uх Uэ.

В этом случае можно принять U = Uх. Следо- -1, вательно, отклонение луча электронного осцилло- -1, графа по горизонтали пропорционально напряже -2, нию Uх.

Рис. 3 Зависимость величины поляризации Напряжение Uх измерялось вольтметром В7 от напряженности электрического поля E на частоте 78/1, а падение напряжения на эталонном конден 800 Гц при комнатной температуре саторе Uэ – вольтметром В7-38.

XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

Список литературы При более высоких температурах феррита (до 300 °С) и частотах поля вне указанного диапазона 1. B.K. Kuanr, P.K. Singh, P. Kishan, J. Appl. Phys., 63, No 8, на экране осциллографа петель гистерезиса как 3780 (1988).

таковых не наблюдалось (линейные зависимости и 2. Ж. Бляссе. Кристаллохимия феррошпинелей, Москва, овальные). Возможно, диэлектрический гистере- Металлургия, 1968.

зис здесь был маскирован большими диэлектриче- 3. Б.Е. Левин, Ю.Д. Третьяков, Л.М. Летюк, Физико-химичес кие основы получения, свойства и применение ферри скими потерями на сквозную проводимость.

тов, Москва, Металлургия, 1979.

Удельная проводимость исследуемого феррита 4. М.И. Данилькевич, Автореферат диссерт. доктора физ.– при комнатной температуре = 210–9 (Омсм)–1, и мат. наук. – БГУ, Минск, 35 с. (1991).

при Т = 300 °С = 110–3 (Омсм)-1.

И.И. Макоед, М.И. Данилькевич, Неорганические мате 5.

Выводы риалы, 34, No. 7, 883, (1998).

6. Ю.Е. Рогинская, Ю.Я. Томашпольский, Ю.Н. Веневцев, Впервые для литий-титанового феррита были ЖЭТФ, 50, No. 1, 69, (1966).

обнаружены прямые доказательства сегнетоэлектри 7. А.В. Малышев, В.В. Пешев, Известия вузов. Физика, 50, чества в исследуемом ферримагнитном материале, No. 2, 59, (2007).

т.о. исследуемый феррит можно отнести к классу 8. A.V. Malyshev Известия вузов. Физика, 49, No. 10 (При сегнетомагнитных материалов. По сути это означает, ложение), 376, (2006).

что наряду с основным механизмом, реализующим- 9. А.В. Малышев, В.В. Пешев, A.M. Притулов, ФТТ, 46, ся в результате электронных перескоков между раз- No. 1, 185 (2004).

нозарядными ионами, в феррите происходит поля- 10. И.С. Желудев, Физика кристаллических диэлектриков, ризационный процесс, характеризующийся сегнето- Москва, Наука, 1968.

электрическими свойствами, возникновением сегне- Ю.Н. Веневцев, В.В. Гагулин, В.Н. Любимов Сегнетомаг 11.

нетики. – М.: Наука, 1982. – 224 с.

тоэлектрических доменов, участвующих в общей 12. К.П. Белов, А.М. Горяга, В.Н. Шереметьев, ФТТ, 30, No. 1, диэлектрической поляризации. Полученные резуль 314, (1986).

таты позволят найти новое техническое применение 13. М.И. Данилькевич, Д. Аль-Шарр, Вестн. Белорус. Ун-та.

поликристаллического литий-титанового феррита в Сер. 1, No. 3, 71, (1992).

современной электронике.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЧИСТОГО ТИТАНА МАРКИ ВТ1- ПОСЛЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ Марьина Ю.А.1, Шляхова Г.В.2, Бродский В.М. Научный руководитель Шляхова Г.В., к.т.н., научный сотрудник Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, E-mail: juvenka@sibmail.com Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Северская государственная технологическая академия Изучение титана и его свойств является ос- Таблица Химический состав технического титана новной целью интенсивных исследований совре примеси, % (не более) менных специалистов. Важнейшим элементом этих исследований является изучение структуры Марка А Al Fe N O CC материала в ходе пластической деформации [1]. титана Таким образом, существует необходимость прове ВТ1-0 0,43 0,0965 0,073 0,068 0, дения комплексного и всестороннего анализа эво Рабочая поверхность составила – 50 10 1,5 мм люции холодной пластической деформации, при (рис. 1).

чем представляется наиболее целесообразным осуществлять это на предварительно, хорошо отожженных образцах.

С целью исследования влияния механизма пластической деформации были использованы образцы крупнозернистого технически чистого титана марки ВТ1-0. Химический состав материа ла представлен в табл. 1.

Рис. 1. Размеры образца Для устранения структурной неоднородности Перед исследованиями поверхность образцов и увеличения площадки текучести проводилась предварительно была подготовлена путем шлифо термическая обработка в виде отжига при темпе вания, а затем полирования. Микроструктура выяв ратуре 700о С (медленное охлаждение с печью).

Секция 6. Материаловедение лялась после химического травления в 4 % раство ре HNO3. Изучение структуры как до пластической деформации, так и после, осуществлялись на мик роскопах: отраженного света – «Neophot-21» при разных увеличениях и атомно-силовом – «Solver PRO-47H». Топография поверхности образцов на АСМ проводилась путем сканирования контакт ным и полуконтактным методами [2].

Средний размер зерна (сред) после отжига и травления определялся методом секущих и соста вил 15,5 ± 4.0 мкм (рис. 2).

Рис 3. Оптическое изображение поверхности ВТ1-0, х Установлено, что у захватов могут зарождать ся как одна, так и несколько полос деформации.

Однако это ни в коей мере не меняет картину. Все равно сначала завершается формирование одной из полос Чернова–Людерса, а вовлечение в пла стическую деформацию остального объема образ ца происходит за счет распространения этой поло сы или за счет развития других полос. Фронт по лосы Чернова–Людерса является границей между Рис. 2. Структура титана и профилограмма участком, где происходят сдвиги в отдельных зер по среднему размеру зерна нах, и областью, где скольжение свободно пере Механические испытания образцов (рис. 1) на даются через границы [4].

растяжение проводились при комнатной темпера В нашем случае образовались две полосы, туре на универсальной испытательной машине рассоложенные под углом 450 к оси растяжения.

«Instron 1185» при нагрузке 10 кН и скорости на гружения 0,2 мм/мин. Процент деформации () Они зарождаются у захватов образца и распро составил при этом 3%. страняются по всей его длине в направлении мак Для исследований изменений, происходящих симальных касательных напряжений. Ширина их в зеренной структуре материала при прохождении обычно не превышает несколько диаметров зерен полосы Чернова – Людерса растяжение прекраща- и с увеличением степени деформации эти полосы лось по окончанию площадки текучести, с образо становятся более отчетливыми.

ванием «шейки». Затем образцы вынимали из В области перед полосой Чернова–Людерса захватов и проводили качественную и количест искажение зерна незначительно, а в зоне где про венную оценку поверхности.

шла полоса вся поверхность образца оказывается Результаты проведенных исследований пока охваченной сдвигами, поверхность зерен заполне зали, что в процессе нагружения гладко полиро ванная поверхность исходных (отожженных) об- на следами скольжения, которые находятся в еди разцов ВТ1-0 постепенно темнеет и приобретает ной или нескольких системах скольжения, одно зернистый рельеф, границу которого хорошо вид- временно в объеме одного зерна (рис. 4). В зоне но невооруженным глазом (рис. 3). фронта полосы Чернова – Людерса также имеют Отмечено, что пластическая деформация раз- ся искаженные зерна с большим числом следов вивается равномерно по всей длине образца, т.е.

скольжения. Для наилучшего разрешения при ме каждое поверхностное зерно является зародышем таллографических исследованиях участков с де полосы Чернова–Людерса.

формированным и не деформированным зерном В этом случае полосы не формируются, и во использовали иммерсионное масло при увеличе влечение зерен в пластическую деформацию во ниях в х1000, х2000 раз.

всех сечениях образца заканчиваются при одном и том же напряжении. При деформации растяжения следы скольже Поскольку при этом напряжении впервые в се- ния в большинстве случаев представляют собой чении образца все зерна оказываются вовлеченны- полуэллипс с большой полуосью, с ростом внеш ми в пластическую деформацию, его следует рас- него напряжения его длина увеличивается, но сматривать как физический предел текучести [3]. форма остается неизменной.

XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

В результате проделанной работы были сде ланы следующие выводы:

1. Фронт полосы Чернова–Людерса является гра ницей между участком, где происходят сдвиги в отдельных зернах и областью, где скольже ние свободно передается через границу.

2. В зоне фронта также имеются искаженные зерна с большим числом следов скольжения.

3. В зоне, где прошел фронт полосы, наблюдает ся большое количество следов скольжения в а зернах.

4. В области перед фронтом полосы следов скольжения обнаружено существенно меньше.

Список литературы 1. Фридель Х. Дислокации. – М.: Мир, 1967. – 643 с.

2. Эдельман В.С. Развитие сканирующей туннельной и силовой микроскопии // Приборы и техника эксперимен та. 1991. № 1. – С. 24–42.

3. Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. – Томск: Изд-во Томского б университета, 1988. – 256 с.

Панин В.Е., Гриняев Ю.В. и др. Структурные уровни пла 4.

Рис. 4. Следы скольжения в обьеме зерна:

стической деформации и разрушения. – Новосибирск:

а) одна система скольжения, х2000;

Наука, Сибирское отделение, 1990. – 255 с.

б) две системы скольжения, х СВОЙСТВА СПЛАПВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И ТИТАНА ПОСЛЕ ТРАДИЦИОННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ РЕЖИМОВ НАГРЕВА В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ Мельничук А.Ф., Бахматов П.В., Дебеляк А.А.

Научный руководитель Муравьёв В.И., д.т.н., профессор Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 681013, Россия, г. Комсомольск-на-Амуре, ул. Ленина, E-mail: ktsp@knastu.ru Изготовление деталей из высокопрочных не- практически мало изменяется [1] при температуре ржавеющих сталей, из электротехнических сталей из окружающего воздуха, толщина этой пленки за титановых сплавов связано с необходимостью уда- пятилетний период не превышает 0,3 мкм, что и ления с поверхности окисленного и газонасыщенно- обеспечивает титановым сплавам высокие корро го слоя, либо создания защитных атмосфер, либо зионные свойства. Существенный рост оксидной специального вакуумного оборудования. Все это пленки наблюдается при нагреве в воздушной ат требует значительных затрат и не всегда обеспечи- мосфере в электропечи с температуры 650°С при вает качество и надежность изготовленных деталей. выдержке 1 час, с температуры 900°С при вы Представляет интерес как создание защитных атмо- держке 30 минут;

при электроконтактном нагреве сфер непосредственно из атмосферы сухого воздуха с температуры 1000°С при выдержке 5 минут.

так и кратковременного воздействия высококонцен- Как видно из данных таблицы 1 электрокон трированных источников энергии в атмосфере сухо- тактный нагрев и последующий отжиг в электро го воздуха для изготовления высококачественных печи в воздушной среде листовых деталей из ти деталей из сплавов на основе железа и титана. тановых сплавов позволяют получить сложные Исследования проводили на образцах из тита- детали с высокими показателями механических новых сплавов и сталях. свойств. При этом содержание газовых примесей в Исследовали процессы взаимодействия атмо- поверхностной зоне находится в пределах допуска сферы воздуха с поверхностью образцов в изоли- по ОСТ 190013-81.

рованном объеме без доступа воздуха моновакуу- Как известно [2], использование азота в качест метрическим методом извне при нагревании в ве вспомогательного газа взамен кислорода позво электропечи, а также при электроконтактном и ляет вести ГЛР титановых сплавов в управляемом лазерном нагревах. режиме за счет образования тугоплавкого соедине В обычных атмосферных условиях на поверх- ния нитрида титана и расширяет диапазон толщин ности титановых сплавов окисленная пленка для получения качественного реза (табл. 2).

Секция 6. Материаловедение Таблица 1 взаимодействия газа с металлом и начинается ин Изменение механических свойств и газонасыщения тенсивный процесс вакуумного травления (рис. 1).

образцов имитаторов панелей из сплава ВТ20 При нагреве титановых образцов в плотно после нагрева ЭКН 960 °С, 126 с. прижатом пакете по кромке видны следы интен сивного окисления со значительным изменением Содержание газов, В, 0,2, NЧ толщины и в центре образуется тончайшая пленка, %, ° % № п\п NЧ Па 1103 нитрида титана соломенно-желтого цвета толщи H O N ной не более 0,1 мкм.

0, 1 1230 1150 15 47 198 0,0112 0, 0,02 а) б) 2 1225 1140 14 46 337 0,0115 0, 3 1180 1145 16 48 244 0,0088 0,112 0, 0, 4 1190 1130 16 53 218 0,0115 0, 0, 5 1240 1160 14 45 500 0,0102 0, Примечание: Даны средние значения механических ха рактеристик по 7 образцам. Образцы после формооб разования подвергались отжигу при 650°С, 1 час в воз душной среде (1, 2, 4, 5). Образцы после формообразо вания подвергались отжигу в вакууме при 650°С, 1 час (3). Поверхность окисленная (1–2), травленная (4), опе- Рис. 1. Кинетические кривые изменения давления скоструенная (5) в изолированном объеме воздуха при взаимодействии с поверхностью титановых образцов из сплава ВТ1-1:

Таблица а) в зависимости от температуры при соотношении Содержание газовых примесей в частицах грата объема воздуха и поверхности образцов равном 0,05;

и поверхностном слое образцов из сплава ВТ20 б) в зависимости от количества воздуха после ГЛР в среде азота и аргона по отношению к поверхности образцов Ско- Место Содержание газовых Поверхность образцов получилась светлой, ГЛР рость анализа примесей, % блестящей, не требующей очистки и доработки, в в среде резки, Н2 О2 N2 то время как образцы из всех сталей нагреваемые мм/мин в обычной атмосфере сухого воздуха имели зна Основной 0,0073 0,088 0, чительный рост окисной пленки начиная с темпе металл Поверхность ратуры 500°С, особенно интенсивно с температу азота 3000 0,0053 0,073 0, реза ры 800°С.

В частицах 0,012 0,122 3, грата а) Основной 0,0089 0,075 0, металл Поверхность аргона 2500 0,0067 0,075 0, реза В частицах 0,0097 0,94 0, грата Используя в качестве защитного газа азот удалось решить проблему безотходной техноло б) гии при ГЛР титановых сплавов, а именно создать перспективный порошковый материал нитрид ти тана для изготовления деталей для эксплуатации в экстремальных условиях.

Как видно из данных (рис. 1), при нагреве об разцов в герметичном контейнере в первоначаль Рис. 2. Кривые изменения привеса образцов после ный момент происходит расширение газа за кото- нагрева в зависимости от температуры и условий рым следует процесс взаимодействия воздуха с взаимодействия с воздушной средой различных сталей поверхностью образцов. При этом одновременно 1) ВНС – 5;

2) 12Х18Н10Т;

3) 30ХГСНМА;

4) ЭИ–1;

5)У9А:

идут процессы роста и растворения оксидно- а) в воздушной среде электропечи, выдержка 2 часа;

нитридных пленок. Интенсивность процессов оп- б) в воздушной среде изолированного контейнера ределяется коэффициентами диффузии титана, на с добавкой титановой стружки, выдержка 10 часов;

1–5 выдержка 2 часа, изменение привеса образцов которые оказывает влияние температура и коли всех марок не наблюдалось чество воздуха, приходящегося на единицу пло щади. Практически при 900°С и соотношении Таким образом нагрев под термообработку в объема воздуха к поверхности образцов равном изолированном контейнере с титановой стружкой 0,01 в первые 10 минут заканчивается процесс деталей из сталей различного класса позволяет XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

повысить их качество и надежность и исключить ной пленки и газонасыщения, значительно повы дополнительные технологические операции очи- сить качество и надежность деталей, особенно стки и доработки. сложных крупногабаритных после штамповки с При окончательной механической обработке электроконтактного нагрева и отпуска в воздуш происходило ухудшение магнитных характери- ной среде.

стик деталей из углеродистой электротехнической 2. Установлена возможность использования стали. Отжиг деталей в контейнере с титановой газолазерного раскроя в среде технического азота стружкой позволил полностью восстановить маг- без защиты обратной стороны реза в атмосфере нитные характеристики и иметь светлую блестя- воздуха титановых сплавов, при этом содержание щую поверхность, как и до отжига. газовых примесей в поверхностном слое образцов Дисперсионное твердение и закалку деталей после ГЛР соизмеримо с содержанием газовых после окончательной механической обработки из примесей в основном металле. Доказано, что об немагнитного коррозионно-стойкого сплава и не- разующийся при ГЛР титановых сплавов грат ржавеющей коррозионно-стойкой стали стало можно использовать для изготовления порошко возможным проводить при нагреве в разреженной вого материала – нитрида титана.

атмосфере воздуха. 3. Доказано, что в изолированном контейнере с После нагрева образцов исследуемых сталей титановой стружкой в воздушной среде можно про до 700–1100°С в титановой стружке 10 – кратного водить нагрев заготовок из различных сталей без использования заметного окисления не наблюда- окисления и последующей очистки и доработки.

лось. Газопоглотительная способность титановой Список литературы стружки 15-кратного использования после дегаза 1. Калачев Б.А., Габидулин Р.М., Пигузов Ю.И. «Технология ции в вакууме при 800°С – 3 ч восстанавливалась термической обработки цветных металлов и сплавов» – полностью.

М.: Металлургия, 1980. – С 280.

Выводы 2. Муравьев В.И., Физулаков Р.А., Мельничук А.Ф., Машко Н.А., Матвеенко Д.В. «Исследование влияния газолазерного 1. Исследованиями показано, что в определен- раскроя на формирование рельефа, структуры и химиче ных (до температуры 650°С, 1час;

900°С, 30 мин;

ского состава поверхности реза титановых заготовок»

1000°С 5 мин) температурно-временных условиях МиТОМ, 2005, № 2. – С 22–25.

возможно осуществлять нагрев в воздушной среде титановых сплавов без существенного роста окис ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНАХ Митина Н.А., Лотов В.А.

Научный руководитель Лотов В.А., д.т.н., профессор Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: mitinana@yandex.ru Ячеистые бетоны теплоизоляционного назна- В данной работе для исследования были исполь чения, получаемые по двум разным технологиче- зованы следующие волокнистые материалы: базаль ским направлениям – пенобетон и газобетон – товое тонкое (БТВ) и супертонкое волокно (БСТВ).

имеют общий существенный недостаток, который Основным свойством, определяющим возмож заключается в высокой усадке и довольно низкой ность использования искусственных волокнистых прочности при пониженной средней плотности. материалов, является щелочестойкость и выщела При создании прочных и стабильных по свой- чивание в связи с сильно выраженной щелочной ствам ячеистых бетонов наряду с использованием средой цементной матрицы ячеистых бетонов.

высокоактивных минеральных и химических доба- Используемое в работе базальтовое волокно вок наиболее приемлемо применение материалов и произведено на заводе ООО «Томскизоляция» и веществ способных создать структурный упроч- имеет следующий химический состав: SiO2 – няющий каркас ячеистобетонного массива, то есть 50,94;

Al2O3 – 17,85;

Fe2O3 – 10,71;

CaO – 8,40;

армировать межпоровые перегородки, прочность MgO – 3,48;

Na2O+K2O – 1,76.

которых определяет прочность всего материала. По данным химического анализа используе По своему составу и свойствам армирующие мых минеральных волокон можно сделать заклю материалы различны. Объединяющим фактором чение об их пригодности для применения в каче является большое значение отношения длины час- стве армирующего компонента ячеистобетонной тицы к ее диаметру – это волокнистые материалы. смеси, так как в их составе находится минималь Это отличает их от частиц цементной и далее бе- ное количество ионов щелочных металлов – калия тонной матрицы, имеющих почти округлую форму. и натрия. Наличие как раз этих ионов и определя Секция 6. Материаловедение 1. Межпоровая перегородка армируется в про ет щелочестойкость материала и склонность к дольном и поперечном направлении волокнами, выщелачиванию, так как они способны замещать длина которых соизмерима с толщиной межпоровой ся ионами Са2+ находясь в среде насыщенной перегородки, которая составит пер = 0,1–0,2 мм.

кальциевой составляющей – твердеющего порт ландцемента. 2. Межпоровая перегородка армируется в про При проведении исследований для приготов- дольном направлении волокнами длиной Lв.

ления газобетонной смеси использовался Топкин- 3. Армирование смежных межпоровых пере ский цемент марки М400, газообразователь – городок волокнами длиной 2Lв, 3Lв, 4Lв, 5Lв, 6Lв, которая определяется по предложенной формуле и алюминиевая пудра, гипсовая суспензия и щелоч составляет:

ные компоненты.

Lв = (1 + 0,2 2 ) 2 = 2,2 мм;

Для исследований использовали волокна дли ной 3–5 мм и диаметром 0,5–2,5 мкм (БСТВ) и 10- Lв3 = (1 + 0,2 2 ) 3 = 3,3 мм;

80 мкм (БТВ). Эти волокна равномерно распреде Lв4 = (1 + 0,2 2 ) 4 = 4,4 мм;

ляются по всему объему газобетонной смеси и заметно стабилизируют процесс ее поризации. Lв5 = (1 + 0,2 2 ) 5 = 5,5 мм;

После 28 суток твердения и после пропаривания Lв6 = (1 + 0,2 2 ) 6 = 6,6 мм.

определялась прочность образцов с добавкой во Исходя из этого и основываясь на свойствах локна в количестве 1% от массы твердого компо самих волокон, а именно пластичности, длина нента, которая составила соответственно 0,56 МПа волокон может составлять от 1,1 мм до 6,6 мм.

и 0,63 МПа при плотности образцов 300 кг/м3.

Кроме того, на длину волокон влияет радиус пор.

При введении минерального волокна указанных При этом, находясь на любом уровне армирования размеров наблюдаются следующие эффекты: ус при любой длине волокон, они не пронизывают тойчивость процесса поризации, отсутствие уса поры, а проходят по межпоровым перегородкам.

дочных трещин и трещин напряжения, увеличение Особенно хорошо это наблюдается при поризации прочности газобетона неавтоклавного твердения, газобетонной смеси, когда происходит раздвижка отсутствие даже незначительной усадки, как при смеси газовыми порами и разделение ее на меж схватывании смеси, так и во время всего периода поровые перегородки.

твердения, равномерность пористой структуры. В результате исследования закономерностей Для армирования ячеистых бетонов могут ис- армирования изделий из ячеистых бетонов дис пользоваться волокна различного диаметра от 1 персным волокном можно выделить положитель мкм до 100 мкм, однако при разработке и получе- ные и отрицательные стороны данного процесса.

нии ячеистых бетонов с упрочняющим дисперс- К положительным сторонам относятся:

ным армированием, кроме диаметра волокна так- 1. При небольших значениях предельного на пряжения сдвига значительно увеличивается пла же необходимо учитывать и длину. При проекти стическая вязкость газобетонной смеси, что при ровании состава ячеистых бетонов с использова водит к уменьшению значений пластичности по нием дисперсного армирования длину волокна Воларовичу.

можно подобрать на основании закономерностей, 2. Повышение вязкости смеси способствует уве которые выражаются математически следующими личению давления газа в порах, что может привести формулами:

либо к формированию полиэдрических пор с мини пер пер ;

мальной толщиной межпоровых перегородок, либо к ;

Lв (min ) = Rп + Lв = 2 Rп + 2 уплотнению частиц в межпоровых перегородках, то есть создаются предпосылки к появлению стеснен пер ;

пер ;

ного состояния при гидратации цемента.

Lв = 4 Rп + Lв = 3 Rп + 2 3. При получении фиброгазобетона с плотно стью 300–400 кг/м3 необходимо вводить 0,5–1,5 % пер ;

пер.

Lв = 5 Rп + Lв = 6 Rп + (масс.) волокон от массы цемента или твердой фазы.

4. При получении фиброгазобетона с плотно стью 500–900 кг/м3, вследствие увеличения тол где Lв – длина волокна, мм.;

пер – толщина меж щины межпоровых перегородок, можно вводить поровой перегородки ячеистого бетона, в зависи- большее количество волокон, что приведет к уве мости от объемной массы она может находиться в личению прочностных характеристик, несмотря пределах пер = 0,1–0,2 мм;

Rп – средний радиус на увеличение вязкости смеси.

5. Разрушение обычного газобетона – хрупкое, пор, мм, Rп = 0,5–1,5 мм.

присутствие же волокон меняет характер разру Так, если принять пер = 0,2 мм и Rп = 1 мм, шения за счет увеличения доли пластических де формаций, увеличивается прочность на изгиб.

тогда минимальная длина волокна будет 6. Присутствие волокон в газобетонной смеси 0,2 стабилизирует (повышает) устойчивость процесса = 1,1 мм.

Lв (min ) = 1 + 2 поризации, устраняет усадочные явления.

7. За счет меньшей истинной плотности воло При этом можно выделить следующие уровни кон по сравнению с цементом, песком и другими армирования:

XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

минеральными наполнителями, увеличивается тельно сказывается на прочности межпоровых содержание объемное твердой фазы. перегородок и самих газобетонных изделий.

Наряду со значительным положительным эф- 3. Избыток воды, влечет за собой необходи фектом при использовании дисперсного армиро- мость связывания ее в эттрингит, для образования вания можно отметить некоторые отрицательные которого требуется 25 молей воды.

стороны данного процесса: 4. Введение значительного количества воло 1. При получении фиброгазобетона с плотно- кон в состав газобетонной смеси затрудняет про стью 300–400 кг/м3 необходимо увеличивать со- цесс поризации вследствие увеличения значений держание жидкой фазы для снижения вязкости предельного напряжения сдвига и пластической смеси и более равномерного распределения воло вязкости.

кон по объему.

Таким образом, результаты проведенных ис 2. При повышении содержания воды в газобе следований свидетельствуют о том, что армирова тонной смеси будут преобладать процессы гидра ние поризованных бетонов является одним из тации цемента, приводящие к образованию значи наиболее эффективных направлений повышения тельных количеств первичных, слабозакристалли их физико-механических характеристик.

зованных гидросиликатов кальция, что отрица СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ БОРОАЛИТИРОВАННОГО СЛОЯ НА СТАЛИ У10 ДО И ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЯ НА ЖАРОСТОЙКОСТЬ Мишигдоржийн У.Л.1, Fuhrmann T. Научный руководитель Сизов И.Г.1, д.т.н., профессор, Simmchen E.2, Dr.-Ing. habil., Professor Восточно-Сибирский государственный технологический университет (Россия), Technical University of Dresden (Германия) 670013, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40А E-mail: druh@mail.ru Жаростойкость является важнейшим показа- 1000°С весовым методом по увеличению массы образца. Для испытаний применяли плоские об телем для деталей, работающих в условиях высо разцы размером: толщина – 3±0,2 мм;

длина – ких температур. Исследование процесса длитель мм;

ширина – 20 мм. Испытания проводились в ного высокотемпературного окисления на деталях керамических тиглях, не препятствующих про с защитными покрытиями позволит выявить ме никновению газовой среды и обеспечивающие ханизм их разрушения.

сохранение осыпающихся окислов. Тигель с об Одним из методов повышения жаростойкости разцами размещали в печи на жаростойких кера является бороалитирование. Бороалитирование – мических подставках. Изменение массы образцов это процесс насыщения металлов и сплавов бором регистрировали периодически (через каждые пять и алюминием. Жаростойкость стали после бороа часов) на аналитических весах марка [2].

литирования возрастает в несколько раз.

Целью данной работы является исследование Результаты исследований влияния высокотемпературной выдержки на бо После бороалитирования на стали У10 получен роалитированный слой на стали У10. Для решения слой толщиной 180 мкм, он состоит из пяти зон поставленной цели были поставлены следующие (рис. 1). На поверхности наблюдается светлый слой задачи: (I) толщиной 60–70 мкм, в котором располагаются 1) Исследовать микроструктуру и микротвер- мелкие темные включения. Микротвердость этого дость бороалитированного слоя на стали У10 до и слоя составляет 1050–1100 кгс/мм2. Ниже распола после испытания на жаростойкость. гается более темный слой (II) толщиной 30 мкм, в 2) Провести сравнительный анализ микро- котором располагаются темные тонкие кристаллы.

структуры и микротвердости бороалитированного Микротвердость этой зоны составляет 660 кгс/мм2.

слоя на стали У10 до и после испытания на жаро- Затем располагается однородный слой (III) тол стойкость. щиной 25–30 мкм с микротвердостью 310 кгс/мм2.

Следующая зона (IV) состоит из равноосных кри Методика испытаний сталлов, заостренных к низу под тупым углом.

Насыщение стали проводили из порошковой Толщина этого слоя составляет 30–40 мкм, микро смеси следующего состава: (70%Al2O3+10%B2O3+ твердость достигает 2000 кгс/мм2. На границе +20%Al)+2%NaF, в контейнере с плавким затвором слой – основа располагаются светлые разнона при температуре 950°С в течение 4-х часов [1]. правленные кристаллы (V). Толщина этих кри Жаростойкость определяли после выдержки сталлов составляет 30–45 мкм, микротвердость – образцов в течение 50 часов, при температуре 1200 кгс/мм2.

Секция 6. Материаловедение Микроструктура бороалитированного слоя на кристаллов и зерен основного металла между ни стали У10 претерпела существенные изменения ми (IV). Толщина этой зоны 150–200 мкм, микро после испытания на жаростойкость (рис. 2). Тол- твердость снижается по направлению вглубь об разца с 1150–1200 кгс/мм2 до 400–450 кгс/мм2.

щина слоя без переходной зоны составляет 220– 240 мкм, с переходной зоной достигает 420–450 мкм. Таким образом в результате выдержки при Т = В исследуемом слое можно выделить четыре зо- 1000°С в течение 50 часов общая толщина бороали ны. На поверхности лежит однородный светлый тированного слоя увеличилась в 2–2,5 раза, макси слой (I) толщиной 150–170 мкм, имеются трещи- мальная микротвердость снизилась в 1,7–1,8 раза, ны с поверхности. Микротвердость составляет образовалась продолжительная переходная зона.

310–330 кгс/мм2. Под ним находится более темная Возможно, эти явления объясняются взаимодейст вием химических элементов слоя между собой и однородная зона (II) толщиной 10–15 мкм с микро твердостью до 700 кгс/мм2. Следующий слой (III), диффузией элементов в основу.

Наблюдается нарушение сплошности покры состоит темных областей с расположенными в них тия в виде трещин, возможно при дальнейшей светлыми кристаллами. Толщина этого слоя со ставляет 15–20 мкм, микротвердость – 335 кгс/мм2. высокотемпературной выдержке, они станут «оча Следом располагается зона светлых шаровидных гами» разрушения защитного слоя.

а х100 б х Рис. 1. Микроструктура бороалитированного слоя до испытания на жаростойкость а х100 б х Рис. 2. Микроструктура бороалитированного слоя после испытания на жаростойкость XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

Выводы Список литературы 1. Высокотемпературная выдержка сущест- 1. Земсков Г.В., Коган Р.Л., Многокомпонентное диффузи венно влияет на структуру и свойства бороалити- онное насыщение металлов и сплавов. – М.: Металлур рованного слоя;

гия, 1978. – 74 с.

2. Испытания на жаростойкость привели к пе 2. ГОСТ 6130-71. Металлы. Методы определения жаро рераспределению и изменению морфологии стойкости. – Введ. 1972-01-01. – М.: Госстандарт СССР:

структурных составляющих слоя;

Изд-во стандартов, 1990. – 12 с.

3. Выявлен один из факторов разрушения слоя, в виде трещин с поверхности слоя.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОКСИДА ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СРЕДНЕЧАСТОТНОГО МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ Морозова Н.С., Цеунов А. П., Ермолович И.М.

Научный руководитель д.ф.-м.н., профессор ТПУ Пичугин В.Ф.

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: morozova_n_s@mail.ru Введение В работе измерялась поверхностная проводи Интерес, проявляемый к исследованию пле- мость. Сопротивление определялось как сопро нок на основе диоксида титана, связан с их не- тивление квадрата на поверхности покрытия, если обычными физическими и химическими свойст- ток идёт от одной стороны квадрата к другой. Все измерения проводились в вакууме 10-3 Па. Блок вами, такими как сенсорные и оптические свойст ва, каталитическая активность, биологическая со- измерения электропроводности выполнен на базе вместимость. Благодаря своим уникальным свой- электрометра В7-30, цифрового вольтметра В7- ствам титан и материалы на его основе широко и источника постоянного напряжения Б5-47. Диа пазон измерения токов (10-15–10-1) А. Образец, используются в медицине. Оксиды и нитриды ти тана способны улучшить антитромбогенные свой- помещённый в цилиндрическую печь, нагревается ства сердечнососудистых имплантатов. В настоя- за счёт передачи тепла излучением от торцевых щее время не существует детального описания нагревателей, которые позволяют создать равно взаимодействия поверхности материалов, нахо- мерное тепловое поле в объёме печи. Температура дящихся в контакте с кровью и окружающей сре- образца измерялась хромель-алюмелевой термо дой в кровеносном сосуде, однако наблюдаемые парой. Интервал температуры 293–500К. Данные антитромбогенные свойства оксида титана связы- о токе и температуре подаются на контроллер, вают с его электрическими характеристиками [1]. который управляет источником питания нагрева Целью настоящей работы является получение по- тельного элемента по заданному алгоритму.

крытий на основе оксида титана методом реактив- Окончательная обработка данных и создание сце ного магнетронного распыления и исследование нария эксперимента осуществляется ПК.

их физико-механических свойств.

Результаты и обсуждения Методика эксперимента Пленки TiO2 были получены на эксперимен- Толщина полученных покрытий была в ин тальной установке среднечастотного магнетрон- тервале 0,35–2 мкм. Скорость роста пленок TiO ного напыления «УВН-200МИ» [2]. В работе ис- составила 6 нм/мин. РДА показывает (рис.1), что пользовался следующий режим напыления: ми- компонентами пленок являются анатаз (69.8%) и шень Ti, давление кислорода 10-1 Па, напряжение рутил (8.1%). Пленка имеет нанокристаллическую разряда 335 В, ток 2,3 А. Подложкой служил структуру. Средний размер зерна составляет вели кремний и сталь 12Х18Н10Т. Для определения чину 13.83 nm. Отжиг покрытия при 750°С на воз элементного состава покрытия использовался духе приводит к кристаллизации аморфной фазы рентгенодифрактометрический анализ (РДА). РДА проводился на сканирующем шаговом дифракто- и росту содержания рутила до 80%.

метре в геометрии скользящего луча ( = 1°), Исследование механических свойств покры Cu K-излучение. Механические свойства покры- тий показывают, что характер деформации покры тий исследовались методом динамического нано- тия является упруго-пластическим. При снятии индентирования на приборе NHT-S-000X при на- нагрузки, происходит частичное восстановление грузке 5 мН. Нанотвердость, модуль Юнга и кон отпечатка, при этом степень восстановления уве тактная жесткость определялись по методу Оли личивается с ростом толщины покрытия. По кри вера-Фарра. Упругое восстановление определя вым нагрузки-разгрузки определялось упругое лось по кривым нагрузки-разгрузки. Толщина по восстановление R крытия измерялась на профилометре Talysurf 5.

Секция 6. Материаловедение Hm H R (%) = 100% Hm где Hm – максимальная глубина внедрения инден тора, Н0 – глубина остаточного отпечатка. Экспе риментально измеряемый параметр Н0 характери зует предел текучести покрытия. Увеличение уп ругого восстановления с ростом толщины покры тия свидетельствует об увеличении упругости по крытия и способности его восстанавливать свою форму после снятия нагрузки (табл. 1). Это также уменьшает возможность образования трещин на поверхности покрытия.

Fe (100) R (210) Рис. 2. ln s= f(1/T). s – подложки, 2,3,4 – s – пленки R (320), A (215) TiO2. (толщина покрытия: 2 – 0,7мкм, 3 – 1,4мкм, 4 – 2 мкм. Материал подложки – Si При измерении проводимости в режиме на A (101) грева-охлаждения результаты удовлетворительно совпадают. Следовательно, процесс измерения не Fe (300) A (211), R (211) Intensity изменяет состояния образца, и после охлаждения Fe (200) R (110) A (200) он возвращается в исходное состояние, что свиде R (101) A (004) A (204) тельствует о равновесном характере протекающих процессов. Приведенные данные показывают, что температурная зависимость поверхностной (s) проводимости пленки TiO2 имеет экспоненциаль ( ) ный характер = 0 exp E kT, где 0 – предэкспо 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 2, ненциальный фактор, Е – энергия активации элек Рис. 1. Дифрактограмма пленки TiO тропереноса. В случае примесной проводимости энергия, входящая в показатель экспоненты, рав Согласно данным табл. 1, прослеживается отчетли на энергии активации примеси Е вая зависимость нанотвердости от толщины покрытия. В Вопрос о природе носителей заряда в низко интервале толщины пленки от 350 нм до 2000 нм про температурной структурно-чувствительной облас исходит значительный рост нанотвердости и модуля упругости. Величина контактной жесткости умень- ти пленок TiO2, сформированных магнетронным шается с ростом толщины покрытия. распылением остается открытым. Электроперенос Таблица 1 в диэлектриках может быть обусловлен как ион Механические характеристики TiO2 покрытия. ными, так и электронными процессами. Элек H – среднее значение нанотвердости, тронный механизм проводимости, зависящей от E – модуль Юнга, S – контактная жесткость, температуры может быть: a) электронным по де R – упругое восстановление локализованным состояниям;

б) ток зависит от 12Х18Н10Т подвижности электронов с энергией на уровне Толщина покрытия Измеренные без Ферми или вблизи его (различные случаи прыж величины 350 нм 1050 нм 2000 нм покрытия ковой проводимости). Можно предположить, что H, МПа 7413,39 6562,9 9280,88 13997,26 проводимость тонких плёнок TiO2 имеет элек E, ГПа 165,31 134,18 148,66 151,85 тронный характер и обусловлена электронами чьи S, мН/нм 0,1479 0,1309 0,1198 0,0996 энергетические уровни находятся в глубине за прещённой зоны на расстоянии 0,2–0,4 эВ от дна R% 30 38 54 зоны проводимости.

Температурные зависимости удельной по Заключение верхностной электрической проводимости s при ведены на рис. 2. Значения s покрытий TiO2 раз- Магнетронные покрытия TiO2 имеют способ личной толщины представлены в табл. 2. ность восстанавливать свою форму после снятия Таблица 2 механической нагрузки. Покрытия равномерно Значения s и E для покрытия TiO2 разной толщины наносятся на проводящий материал подложки.

Проводимость пленки TiO2 имеет диэлектриче Толщина покрытия, Si 0,7 1,4 2 ский характер. Электропроводность пленки мкм уменьшается с ростом ее толщины.

s, Ом– 2,6·10–2 6,8·10–5 2,9·10–6 3,1·10–9 Работа поддержана грантом РФФИ 08-02 (Т=300 К) 12133-офи.

Е, эВ 0.045 0,2 0,36 0, XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

2. O.S. Kusmin, L.G. Kositsin, A.N. et all, Automatic Installation for Список литературы Magnetron Spattering Deposition of Nanostructured Coatings with 1. И.А. Цыганов, А.И. Позднякова, и др., Получение гемосовмести Middle-Frequency Discharge of Oil-Free Plasma//Proceedings of the мых покрытий на основе титана методом плазменно иммерсионной ионной имплантации // Физика твердого тела, 9th International Conference on Modification of Materials with Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 35–37 (2008).

2007, 1. – С. 52– ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НОРМАЛЬНОГО ВНЕДРЕНИЯ В ЛЕД ЦИЛИНДРА C ДОЗВУКОВЫМИ СКОРОСТЯМИ Орлова Ю.Н.,* Глазырин В.П., Орлов М.Ю.

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, ОСП «НИИ прикладной математики и механики ТГУ», 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, E-mail: orloff_m@mail.ru 325 м/с. Серия вычислительных экспериментов Исследования поведения льда при ударе и состояла из 12 вариантов: в каждой последующей взрыве является актуальной и сложной научной скорость V0 увеличивалась на 25 м/с.

задачей. Актуальность исследований объясняется Для интегральной количественной оценки раз необходимостью совершенствования ледокольно рушений в ледовой пластине введен параметр по го флота, увеличением добычи природных иско вреждаемости Dmg(Nui), который показывает отно паемых в районах вечной мерзлоты, проектирова сительное число узлов триангуляционной сетки, нием портов в замерзающих морях северных ши лежащей на образовавшейся вследствие разруше рот и т.п. Сложность исследований заключается в ний свободной поверхности:

разнообразии способов образования льда, особен ( Nui Nu 0 ) + 3Ned ;

ностями его кристаллической решетки, наличием Dmg = (1) (3 N e 0 N u 0 ) ( 3 N e 0 N u 0 ) фазовых переходов и т.д. Ниже рассматривается пресный лед, полученный в климатической камере где Nu0, Nui – начальное и текущее число узлов на при температуре -17С без фазовых переходов с свободной поверхности, Ne0, Ned – начальное число усредненными физико-механическими характери- элементов и текущее число разрушенных элементов.

стиками. В формуле (1) первое слагаемое определяет Целью настоящей работы являлось изучение разрушения, моделируемые расщеплением узлов, особенностей деформирования и разрушения льда второе – разрушения, моделируемые разрушением при действии компактного ударника в диапазоне элементов. При отсутствии разрушений параметр скоростей ниже скорости звука в воздухе. Dmg= 0, при полном разрушении материала Dmg=1.

Модель среды отражает современные пред- Анализ напряженно-деформируемого состояния ставления о разрушении твердых тел в условиях показал, что уже на первых микросекундах проис коротко импульсных нагрузок. Она является сжи- ходит расщепление расчетных узлов и разрушение маемой, прочной, пористой, учитывающей удар- расчетных элементов, что соответствует образова но-волновые явления, а также механизмы образо- нию на начальной стадии внедрения зоны разруше вания отрывных и сдвиговых разрушений. Урав- ния льда в области контакта «ударник–мишень». В нения состояния ударника и льда взяты из [1]. дальнейшем ударник продвигается в уже ослаблен В качестве инструмента исследований исполь- ный материал, причем на 4 мкс на расстоянии при зован лагранжев метод, расчетная часть которого близительно 3 мм от контактной границы во льду дополнялась механизмами расщепления расчет- начинает формироваться магистральная макротре ных узлов и разрушения расчетных элементов. щина. Выплеск материала с приповерхностных Оригинальность метода заключается в том, что он слоев льда, обусловленный инерционным движени содержит новый способ выделения макроскопиче- ем материала отмечен в вариантах № 3–12.

ских поверхностей разрыва сплошности материа- Анализ деформационных картин и областей лов, не накладывающий серьезных ограничений разрушения льда в вариантах № 1-5 показал, что на решение многоконтактных задач удара учиты- их основной объем был образован именно на на вающих фрагментацию. чальных стадиях процесса. В вариантах № 6- Физическая постановка задачи формулируется время формирования окончательных картин раз как контактное взаимодействие правильного кру- рушения льда, наоборот, было перенесено на бо гового цилиндра размерами в сечении (55) мм с лее поздние стадии. Установлено, что с ростом ледяной преградой. Преграда – пластина из пре- начальной скорости удара в процессе внедрения сноводного льда диаметром 60 и высотой 45 мм. появлялись слабые разрушения на периферии пла На контактной границе задавалось условие сколь- стины, а также отмечено явления лицевого и жения. Начальная скорость ударника направлена тыльного отколов. В вариантах № 1-8 в конце по его оси симметрии, нормально к плоскости процесса внедрения зона разрушений вблизи кон преграды и варьировалась в диапазоне от 50 до такта «ударник–мишень» принимала вид конуса.

Секция 6. Материаловедение цесс внедрения ударника существенно замедлялся.

На рис. 1, б рост начальной скорости способство вал сглаживанию кривых повреждаемости.

Таблица Результаты внедрения ударника-цилиндра в пресный лед Откол Начальная а б скорость, Номер tk Lk Dmg Тыльный [м/с] Лицевой № варианта [мкс] [мм] [%] 1 Вариант № 1 50 85 1,7 7,76 – – 2 Вариант № 2 75 101 3,0 8,4 – – 3 Вариант № 3 100 140 5,0 8,9 – – 4 Вариант № 4 125 184 8,33 12,6 – – 5 Вариант № 5 150 199 11,5 13,7 – – 6 Вариант № 6 175 215 14,2 16,7 – – 7 Вариант № 7 200 225 16,2 18,6 + – 8 Вариант № 8 225 230 18,3 20,3 + – 9 Вариант № 9 250 235 20,5 23,5 + – 10 Вариант № 10 275 265 23,9 25,2 + – в г 11 Вариант № 11 300 275 27,8 30,6 + + 12 Вариант № 12 325 285 29,8 32,7 + + В таблице приведены рассчитанные инте гральные характеристики процесса внедрения, а именно: время процесса внедрения tk, глубина внедрения ударника Lk и повреждаемость льда Dmg.. Видно, что с ростом скорости удара наблюда ется увеличение данных значений, что не проти воречит физическим соображениям. В шести ва риантах наблюдалось явление лицевого, а в двух – тыльного отколов, которые объясняются суперпо зицией падающих и отраженных ударных волн.

75 мкс 150 мкс д е Работа выполнялась при частичной поддержке Рис.1 – Результаты расчетов: а – график зависимости грантов РФФИ (№ 07-08-00623а и № 07-08-00759а) глубины внедрения от времени Lk(t), б – график и целевой программы Федерального агентства по зависимости повреждаемости льда от времени Dmg(t), в–е – фрагменты рассчитанных конфигураций образованию (проект РНП 2.1.2.2509).

«ударник–мишень» для вариантов № 5, 7, 9, Список литературы На рис. 1, а-б представлены графики времен- 1. V.P. Glazyrin, M.Yu. Orlov, Yu. N. Orlova Influence of ных зависимостей глубины внедрения ударников arrangement of additional layer in three-layer barrier on shock resistence // Proceedings of 14th International и повреждаемости льда для всех вариантов расче Scientific and practical conference of students, post тов. Видно, что в первом случае кривые имеют graduates and young scientists: Modern technique and вид показательных возрастающих функций.

technologies MTT’ 2008, Tomsk, –Tomsk polytechnic В большинстве вариантов после 150-й мкс про- university: TPU-Press, 2008. – p. 82.

XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОТКЛИКА НА ИМПУЛЬСНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ИХ ДЕФЕКТНОСТЬЮ Осипов К.Ю., Данн Д.Д., Буканев И.В.

Научный руководитель Фурса Т.В., д.т.н.

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, Е-mail: osipov@tpu.ru Проблема дефектоскопии технических конструк- ли дефекты одинаковой площади поперечного сече ций из композиционных материалов, эксплуатирую- ния 2х2 см и различной толщины.

щихся в условиях воздействия на них значительных Исследования были выполнены с помощью ис механических напряжений, имеет важное практиче- следовательского комплекса, позволяющего произво ское значение. Для решения этой проблемы может дить импульсное механическое возбуждение объек быть использовано явление механоэлектрических тов исследования и регистрацию электрического от преобразований, заключающееся в преобразовании клика. Импульсное механическое возбуждение об энергии механического возбуждения в энергию элек- разцов производили электромеханическим ударным тромагнитного поля на заряженных дефектах струк- устройством, позволяющим производить однократ туры материала. Проведенные нами ранее исследо- ный, нормированный по силе удар. Удар производил вания по связи параметров электромагнитного откли- ся в направлении большей плоскости по металличе ка, возникающего при ударном возбуждении бетонов ской подложке, которая помещалась на поверхность со структурными характеристиками, качеством адге- образца в точке удара. Для регистрации электриче зионного контакта цементной матрицы и заполнителя ской составляющей переменного электромагнитного и прочностью [1-3] свидетельствуют о перспективно- поля, возникающего при ударном возбуждении об сти электромагнитной дефектоскопии материалов. разцов, использовался дифференциальный электриче В задачу настоящих исследований входило ус- ский датчик, состоящий из двух металлических пла стин, расположенных на расстоянии 2 мм от противо тановление связи параметров электрического и положных боковых сторон образца. Использование акустического откликов на ударное возбуждение дифференциального приемного датчика позволяет композиционных материалов с их дефектностью. значительно повысить соотношение сигнал-помеха.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 17 |
 










 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.