Связь между тепловыми и механическими свойствами карбидокремниевых материалов с добавками BeO, B(B4C), Al2O3 и AlN тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ЮКОЛН Р0СТ03СККЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАГСТВШПй

УНИВЕРСИТЕТ

Специализированный сопот К 063.52.08 по физико-математическим наукам

На правах рукописи

МУР ЛИ ЕВА ЖАРИЯТ ХАДКИЕВНА

СВЯЗЬ МЕДЦУ ТЕПЛОВЫМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВ0ПС1ВАМИ КАРБИДОКРЕМНИЕВЬГХ МАТЕРИАЛОВ С ДОБАВКАМИ йгО ■

ЫМ) , МА и МП.

01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ростов-на-Дону - 1991

Работа выполнена на кафедрах экспериментальной физики и фи&ики твердого тела Дагестанского государственного ордена Дру&бы народов университета имени В.И.Ленина

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор ЭФЕЦЦИЕВ А.З.

доктор физико-математических наук КРАМАРОВ С.О.

кандидат физико-математических наук, с.н.с. Института физики Даг. ФАН СССР ГАЛДЕВ Г.Г.

Ведущая организация: Свердловский гориий институт.

со

Защита состоится " ¡В " ЛиМ^иА, 1991 г. в /7 час. на заседании специализированного совета К 063,52.08 по физико-математическим .наукам в Ростовском государственном университете по адресу: 344104, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194, НИИ физики РГУ. '

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГ/ (г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 14).

Автореферат разослан " " 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 063.52.08, кандидат физ.-ыат. наук

.Е.С.ЦИХОЦКИЙ

;б Шк

d.

I тдел

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА PAE0TU

Актуальность работы заключается в том, что в последчоо

время большое внимание уделяется разработко новых жаропрошшх керамических материал оп, в частности на основа карбида кремния, способных выдерживать высокие термомохапичаские нагрузки. Такие материалы находят применение в космической и апиащюнпой томш-ке, автомобилестроении и электронной промышленности. Интерес к карбидокремниевым материалам обусловлен присущим ому рядом уникальных свойств, таких как химическая, раднацконпшт и термичос-кая стойкость, высокая теплопроводность и тросзшосгойкость, а так не сохранение прочности вплоть до 1900 К. Последило являются основншли оксплуатациошшмл характеристиками конструкционных материалов. Существующие в настоящее время экспериментальные "данные по этим свойствам даже для относительно чистого карбида кремния и материалов на его -основе отрывочны и противоречивы, а теории не позволяют пока даже качественно оценивать свойства этих объектов.

•'Из-за плохой спекаомости порошка Si С ( получение кора:.":сл на его основе предполагает использование различных примесей,что обеспечивает образование прочного каркаса из твердого раствори S;C-X с определении.! типом связи. Твердые раствори на основе карбида кремния расширяют круг высокотемпературных материалов и области их применения, поскольку они наследуют свойства SíC и приобретают новые качества. Кроме того, керамичесгаш материалы обладают различной пористостью. Все это приводит к трудностям аналитического описания их физических свойств. Поэтому путь эмпирического изучения корреляций свойств, а так so установление однозначных связей между ними здесь более плодотворен и

мотет способствовать выявлению определенных критериев, ответственных формирование тепловых и механических свойств и их молекулярио-зшнетической расшифровке.

Цель работы заключается в изучении связи между тепловыми и ыаханичоскпш свойствами карбидокремниевнх материалов для выявления условий формирования их высоких тепловых и прочностных характеристик. . •

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать методики экспериментальных.исследований и получить надекнне данные по комплексу тепловых и механических свойств карбидокремниевых материалов.

2. Изучить влияние спекающих добавок и пористости на теп-ловке и моханические свойства карбидокремниевой керамики.

3. На основе достоверных 'данных выявить корреляции тепловых и механических свойств чистых веществ,, в том чи£ле соединений, образующих каркас изучаемой керамики.

4. Провести анализ полученных закономерностей и установить критерии формирования высоких значении теплопроводности, • упругости, прочности карбидокремниевых материалов.

Научная новизна. Впервые на основе исследования комплекса тепловы:: и механических свойств ряда материалов на основе карбида кремния установлены корреляции этих свойств. Проведены оценки времени до разрушения изделий из карбддкремниевой керамики с добавками бора и;оксида алюминия.

Впервые на основе достоверных данных для большого числа чистых материалов проворена выполнимость закономерности, заключающейся в том, что отношение фононного тсилосопротивления к произведению теплового расширения на температуру- есть вели-

чина постоянная (характеристическое теплосопротльление), на зависящая от температуры.

Впервые показано .наличие однозначных связей характеристического теплосопрогетлэ;шя чистых веществ с геллера турам: Дебая и плавления, модулем Юнга и твердостью. Установлено, что корреляции между тепловыми и механическими свойствам дяя кар-бидокремниевых керамик такие же, как дня чистых мононристачли-ческих материалов. Показано, что при прочих равных условиях критерием высоких значений теплопроводности, упругости, лроч-' ности твердых тол является низкие значения коэффициента телло-вого расширения (энгармонизма колебания атомов).

Основные положения, выносимые кй затагту. Спекающие добавки с преимущественно ковалентнш типом связи повышают, а добавки со смешанным ионно-ковалентншл типом связи понижают теплопроводность и механические (упругость, продел прочности, твердость) свойства карбидокремниевнх материалов при прочих равнфс условиях.

Пршеси в карбвдокремяиевих материалах в большей степени изменяют коэффициент энгармонизма, чем коэффициент квазиупругой связи.

Связи мевду тепловыми и механическими свойствами карби-докремииевых материалов с различными примесями близки к функциональным.

Критерии высоких и низких значеклй тепловых и механичас-ких свойств, установленные для чистых материалов, применимы и для карбидокрешиевых керамик.

Научная к практическая ценность полученных результатов опроделяс гея следующим. Описанные методики экспресс-измерений комплекса тепловых и механических свойств позволяют не только оценивать эксплуатационные характеристик керамических материалов, но и необходимы при оптимизации технологии разрабатываемых материалов.

Результаты исслодоваши свойств карбидокремниевых керамик, а так же оценки их качества и времени до разрушения, полученные в работе, могут служить в качестве рекомендуемых для практического использования.

Закономерности, однозначно связывающие тепловые и механические свойства, дают возможность не только рассчитывать одни характеристики через другие, но и прогнозировать свойства . вновь создаваемых материалов,"

Обоснование корреляций и эмпирических формул, приведенных в работе, способствует молекулярно-кинетической расшифровке тепловых и механических свойств,'а так же развитию их теории.

Достоверность и обоснованность научных положений л выводов диссертации определяются:

- всесторонним анализом работы установок и вариаций! условий эксперимента. Дисперсия экспериментальных данных не превышает рассчитанных предельных погрешностей соответствующих измерений;

- отклонения значений коэффициентов, связывающих различные свойства от среднеарифметических не превышают суммарной погрешности экспериментального определения этих свойств;

- анализ корреляции свойств чистых веществ проводился на основе рекомендуемых данных. Рассчитанные коэффициенты корреляций показывают, что связи между рассматриваемыми свойствами близки к функциональным.

Личный вклад автора. Все основше результаты диссертации получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании работы, в выборе и получении объектов исследовании, в разработке экспериментальных методик, измерениях, расчетах, аналитических исследованиях корреляций и установлении соответствуйте критериев.

Соавторами исследования являются А.З.Эфондиев, Д.К.Пал-чаев, Г.К.Софаралиев, Е.Г.Пешук.

Те?,а диссертации била предложена А.З.Эфондиевш и Д.К. Палчаовшл. Зфендиев А.З. осуществлял научное руководство, участвовал в обсукдеш;л и интерпретации полученных розульта-тов. Пллчаев Д.К. оказал помощь в реализации соответствующих методик и постановке экспериментов, принял участио в обсуждении,- интерпретации данных, аналитических исследованиях корреляций свойств и установлении соответствующих криториов. Са-фарализв Г.К. принял участие в выборе и характеристике ооъек-тов исследоваштя. Памук Е.Г. оказал помощь в экспериментах по исследованию акустических свойств.

Апробация работы. Оснозние положения работы дал окени и обсуждались на I Всесоюзной конференции "Акустическая эмиссия материалов и конструкций" (Ростов-на-Дсчу, 1984), на II Всесоюзном симпозиуме "Механика разрушения" (Литомир, 19'5), Ш Всесоюзном совещании "Физика л технолгая широкозошшх полу-

проводников" (Махачкала, 1986), на Г Всесоюзной конференции "Конструирование и технология получения изделий из неметаллических материалов" (Москва, 1986), на ЭТИ Всесоюзной конференции по тотгофизическим свойствам веществ (Новосибирск, 1988), • а так ке на ежегодных итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава Даггосуниверситета им. В.И.Ленина (Махачкала, 1983-1990 г.г.).

Публикации. По томе диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 185 страницах . машинописного текста, включая 57 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 179 наименований и I црилоасение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРКАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации; сформулированы цель, задачи исследований, оснорные положения, выносимте на защиту; показаны научная новизна полученных резуль-> татов и их практическая ценность; приведены сведения об апробации результатов работы, публикациях, о вкладе автора в разработку пр Злемы; рассмотрены объем и структура работы.

В первой главе приводится'анализ факторов, определяющих . тепловые и механические свойства, а так ке связь меж^у ними' на основе рассмотрения общих принципов формирования этих свойств в материалах, в том числе керамических. Анализ показал, что эффективная теплопроводность оптимально спеченной карбидо-кремниевой кераминч определяется, в основном, фононной теплопроводностью твердой фазы. Вкладом эффективной теплопроводное-

ти пор можно пренебречь. Обращается внимание на то, что ме-ханичеасие свойства, в отличие от теплопроводности, зависят не только от общей пористости, но и от распределения пор по объему, а прочность реальных хрупких тел нельзя рассматривать в отрыве от понятия трещиностойкости.

Обзор корреляций тепловых и механических свойств свидетельствует, что однозначная связь между этими свойствами установлена лишь для области высоких температур, где свойства твердых тел почти не зависят от температуры, или изменяются линейно. ,

Во второй главе описаны эксперименталышо метода измерения комплекса тепловых и механических свойств твердых тел. Изложению описаний рассматриваемых методов предшествует обоснование их выбора. В конце каждого из списаний приведен подробный анлтшз работы экспериментальной установки и расчет погрешности измерений.

^Измерения комплекса тепловых свойств (теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость) проводились на установке, реализующей метод плоских температурных волн. Рассчитанные погрешности измерений не превышают 2$ для теплоемкости и 5% дня температуропроводности. Этот метод выгодно отличается тем, что позволяет одновременно оценить три параметра, а так же их температурные зависимости на одном и том же образце в еддшх и тех же условиях за сравнительно короткое время. Измерения теплопроводности образцов с высокими значениями Л проводились в стационарном реншэ Абсолютным методом плоского слоя. Рассчитанная погрешность измерения топлбпроводности этим методом образцов (размером с( = 40 ш и р) = 10 м)

со значениями J ~ 100 Вт/м-К ке превышает 20/3 при мощности, подаваемой на нагреватель, ~ 20 Вт. Использование дифференциальных термопар при измерении разности температур сникает погрешность в даа раза. Б обоих методах нагреватель (толщина — 0,05 мм) занимается мевду двумя одинаковыми образцами, что обеспечивает высокую точность определения вводимой мощности без дополнительных мер, обычно используемых при измерениях теплопроводности. Эти два метода в комплексе позволяют не только оперативно, но и достаточно точно оценивать температуропроводность, теплоемкость и теплопроводность керамических материалов. • .

Исследования теплового расширения проводились методом кварцевого дилатометра с фотоэлектрическим датчиком регистрации смещения. Чувствительности установки составляет ~ 2* м. Собственный ход установки в интервале температур 300-700 К близок к нулю. Предельная погрешность измерений материалов с КТР порядка I-I0-6 К-1 при длина образца 5-10~2 м не превышает 4$. Установка выгодно отличается цростотой регистрации сигнала перемещения и обеспечивает измерения малых значений КГР, характерных карбидокремниевой керамике.

Оценка комплекса механических свойств, осуществлялась методами двойного скручивания, испытания на прочность, распространения упругих волн и индентирования. Измерения динамических модулей и микротвердости проводились акустическим тестером АТ-3 и серийным микротвердомером Ш.ГГ-3 соответственно.

Исследования предела прочности и параметров длительной третиностойкости методом испытаний на прочность образцов размером 7 х 7 х 70 мм проводились на установке, реализующей мо-

тод 4-х точечного изгиба с'электромагнитной системой нагруие-ния. Рассчитанная погрешность в этом методе много меныао случайной погрешности, связанной с неидонтичностыо образцов в соответствующие партиях. Установка выгодно отличается тем, что она обеспечивает измонэгшэ скоростей нагрукошм образца на три порядка.

Исследования параметров длительной трещиностойкости проводились так нэ на установке, реализувдей метод двойного скручивания при постоянной нагрузке. Установка выгодно отличается простотой конструкции и позволяет измерять скорости субкритп-

а о

чоского роста трещин в,интервале от 10 - 10" м/с. Рассчитанная погрешность изморешы соответствующих парте троп здесь, как и в предыдущем методе, много меньше случайно;! по греки ости, связанной с разбросом данных из-за отклонения условий роста 'трещин от идеальных. Последняя зависит от однородности образца и ко провшгаот 10/5.

'[Третьи глава посвящопа исследованию влкшшя пористости л спеиадщнх добавок на теплопроводность ( Я ), теплоемкость ( Ср ), топлэроо расширенно ( сС ), упругость ( В ), продол прочности ( (Г ), трегишостойкость ( /*)1С ) и млкротвордэсть ( И ) карбидокромниоБых материалов.

Объектами исследования служили керамические материалы на основе карбида кремния с добавками ВсО , /Ь(ВчС), и ММ.

Основная масса образцов была получена метода!,; шикорного литья. Керамики из относительно чистого карбида кремния и с примесью оксида бериллия получэнн горячим прессованном. Синтезу исследованных образцов предшествовала работа по оптимизации соста-

ва и технологии. Поэтому результаты по свойствам этих объектов представляют интерес не только как рекомендуемые для соответствуй «их керамик при их практическом использовании, но и позволяют однозначно судить о влиянии пористости и различных добавок на формирование соответствующие свойств.

Зависимости Я , оС , В , (Г и Н от пористости лучше • всего аппроксимируются экспонептой. Значения этих параметров экстраполированные на нулевую пористость, по формуле

где Хнр и Хс - значения параметров пористого и беспористого материала соответственно; П - пористость; - константа, помещены в таблице I. Значения теплопроводности исследованных материалов, пересчитанные на нулевую пористость, показывают, что влияние спекающих добавок на Л неоднозначно.

Таблица I

Доля } СР в§& к

Материал

Лв } оСо Вг/ы-К

Еа \ 01 \ Но

та

I Ша; ГПа'

с - 630+30 102 3,5 500 - 20,5

$!С~ ЬеО 1,5 620+20 217 2,8 515 - 40

$;с-е> 0,5 680+20 89,2 3,9 462 614 19

5; С.-ММ 24-5 700+30 51,2 - - - 17

51С-М& 2+5 700+30 ■40 6,4 380 • 400 -

Алюминий содержащие примеси значительно поникают теплопроводность, что не противоречит существующим представлениям, бор уменьшает ее незначительно, а оксид бериллия аподально пор:.:-

щает /\ , причем существенно. Значительно влияние спекающих добавок и на тепловое расширение. Коэффициент топлового расширения у материалов с примесями бора и оксида алюминия выше, чем у керамики из относительно чистого карбида кремния, тогда как у керамики с ктр ниже. На удельную теплоемкость исследованных материалов ни пористость, ни спекающие примеси практически не влияют. Последнее свидетельствует о том, что примеси в большей степени изменяют коэффициент энгармонизма, чем коэффициент квазиупругой связи.

На концентрационных зависимостях относительных величин теплопроводности и микротвердости от содержания АгО (рисунки I и 2) обнаружено аномальное возрастание /I и Н , приходящееся на долю ЗсО . Эта особенность воспроизводилась на образцах двух партий, полученных горячим прессованием р вариацией режима синтеза. Концентрационные зависимости Л

Б и М в карбидокрекнпевых материалах с алгажппЕ содержащими -„примесями имеют тенденцию к нелинейному спаду с увеличением доли добавки. Получение образцов с различной концентрацией бора и углерода требовало существенного изменения технологии синтеза, вследствие чего, однозначно■судить о зависимости свойств от содернашш бора и углерода было нельзя. Поэтому нами исследовались образцы с оптимальным составом, обеспечивающим лучшие эксплуатационные характеристики.

Для образцов с добавками и бшш исследова-

ны так же модуль ВеЙбулла, кратковременная к длительная трезза-ностойкость, поскольку эти материалы представляют интерес .«сак конструкционные, обеспечивающие высокую механическую и термическую стойкость. В результате оценки мода^я Вейбулла, дзнпкп-

0,5 1.0 1.5 2..0 2.5 <вес.)55

Рис. I. Концентрационная зависимость теплопроводности (относительно ¿¡¿Сщ.) Ь'С-йеО керамики

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 {ввс.)%

Рис. 2. Концентрационная зависимость микротвердости 5;С-беО керамики (относительно $1С ■ керамики)

ческой и статической упругости, длительной и кратковременной трецпностойкости, а так ко тепловых свойств установлено, что карбчдзкрешшевая керамика с добавками бора и углерода отличается высокими значениями модуля однородности, термостойкости и времени до разрушения при данной на1рузке.

В четвертой главе приводится анализ связи между топлова" г и механическими свойствами изученных материалов п интерпретация экспериментальных данных.

Показано, что формирование свойств карбидокремниевой керамики зависит как от характера сил межатомного взаимодействия, так и от числа межатомных связей на единицу объема. Последнее обуславливает экспоненциальную ¡зависимость тепловых и механических свойств от пористости. Причем, показатель при экспоненте тем ниже, чем выше однородность материала, т.е'. его величина отражает не только форму и размеры пор, но и однородность их распределения. ,-

С целью обеспечения адекватности прочих условий, сравнение параметров, характеризующих тепловые и механические свойства, проводилось для значений, соответствующих нулевой пористости. Сравнение данных по теплопроводности (теплосопротивле-

нию \у=4> и механическим свойствам, а так же КГР, исследо-л

ванных материалов выявило наличие однозначной связи между лига (рис." 3-6). Все зависимости имеют общую тенденцию, т.е. материалу с большей упругостью, прочностью, твердостью соответствуют меньшие значения XV . Теплосопротивленяе, как и тепловоз расширение обусловлено наличием ангармонизма колебаний атомой, поэтому между ниш существует прямая зависимость. Бее вьп'х указанные зависимости близки к функциональным. Такая корреляция тепловых и механических свойств характерна чистым не-

0,02

0,01

} - £>е0

3-5-, С *еР. у-ас-м.Оз

,6

/Ч

ъ © '

г-/

(У

• 3 4 5

Рис. 3. Корреляционная зависимость теплосопротивления от КГР

материалов

0,02

0,01

1- М-ЬеО

г- $;с-&(й<с) Ъ- С

ц- м-мА

5- ¡\C-MN

5 в

1

400 450 • 500 ^гги

Рис. 4. Корреляционная зависимость тецлосопротиагения от модули

Юнга

ч

V

ч

О

2

Ч

Ч

ч

£ 0.02

0.01

^ \

\

\

\°5 \

\

\

1 -

2 -

3 -

4 -

5 -

\ ©<?\

5: С- ве 0

$1С к(р. ЬС-Мг03

м-деы

\

3 о

\

к

40° 500 . 600 (Г, Ша

Рис. 5. Корреляционная зависимость- тешюсопротиаяения от предела

прочности

0.015

0.01 0.005

о *

\

\

2 ч

о .3

1 -

2 ~ $;С-№«С)

3 - ¡¡С *<р.

4 -

1

—э-

20 25 30 35 Н, Ша

Рис. 6. Корреляционная зависимость тэилссопротивления от

твердости

металлическим материалам, в которых преобладает фонон^онои-ное рассеянно [т ,2] . Поэтому анализ и интерпретацию свойств и связей между шага в керамических материалах целесообразно проводить на базе детадыюго изучения корреляций аналогичных свойств чистых материалов, образующих каркас соответствующих" керамик.

Микроскопическая расшифровка тепловых и механических свойств чистых веществ показывает, что определяющими параметрами при их формировании являются коэффициенты квазиупругой связи и ангармонизма ¡2,3] ,

Недавно была установлена закономерность ¡4] , заключающаяся в том, что отношение фононного теплосопрэтивлешщ к произведению теплового расширения на температуру ость величина постоянная душ данного материала в интервале температур ниже и вншо Т.э

Ее выполнимость подтверждена 'нами душ двадцати соединений' с различной структурой.:: типом связи. Закономерность (2) приводит к простой и однозначной связи между фонопншл теплосолро-тивлением и КТР, Параметр IV * имеет размерность теплосолро-тивленяя, не зависит от температуры , определяется предельной силой межатомного взаимодействия и по всей ворбятностн, является характеристическим фононным теплосопротиаиением. Об это;.: ке свидетельствуют однозначные корреляшш W * с другими фундаментальными параметрами твердых тел: Тл , Тлл , £ , Н Цз]. Эти корреляции расщепляются на две кривые (см., например,рис. ? и 8).'Нишпою кривую образуют вещества с преимущественно ион-

Рис. 7. Корреляционная зависимость ' W от модуля Юнга

Рис. 8. Корреляционная зависимость W от температуру Дебая

ным или ковалентным типом связи, а верхнюю - со смешанным ион-но-ковалентным типом связи. Неоднозначность типа связи, на наш взгляд, приводит к тому, что в них существует дополнительный вклад в рассеяние фононов, частота которого вше продельной частоты колебания' фононов. Это подтверждается данными по ИК-поглощений в рассматриваемых материалах (рис. 9). Для соединений из нижней кривой частоты ИК-поглощения совпадают с удвоенной частотой Дебая, а в материалах со смешанным типом связи ИК-поглоще-ние наблйдается на более высоких частотах.

Отметим, что спека-кающиа добавки (Л&Оэ. , ЛМ ) из материалов верхней кривой, согласно нашим исследованиям (см. выше), понижают /} , Е , (Г и Ц , тогда как материалы (б* С , ВеО ) из нижней кривой почти не изменяют или увеличивают эти свойства. -Как видно, наблюдается тен-. денция к наследованию карбидокремниевой керамикой свойств опекающих добавок путем соотв'етствущего изменения характера сил ■ связи.

Закономерность (2) приводит к следующим критериям высоких

значений теплопроводности в материалах с преобладающим фононов

фонош_лл рассеянием Для чистых веществ \А/ =0 при Т £ О К, если оС = 0. В материалах с примесями = 0 при Т Ф О К,

вата с< О, т.е. при отрицательном энгармонизма. Причем эти критерии не противоречат существующей теории фонояной теп- ' лопроводности и находят подтверждение для монокристаллов.

'Наличие корреляции между теплосопротивленигм и КТР исследованных нами керамик и приведенные выше критерии позволяют понять природу аномального возрастаний теплопроводности кар-бвдокремниевой керамики с добавка?® ЬсО . При легировании карбида кремния бериллием параметр решетки отклохиотся от закона Вегарда в отрицательную сторону с минимумом при концентрации Be в Sit ~Ю19 Поэтому аномальное повышение Я и Н карбвдокремниевой керамики, содержащей ~ 1.5% ßeO, видимо объясняется тем, что такая доля добавки оксида бериллия, располагающегося между зернами SiC обеспечивает уровень

то о '

легирования бериялием ~10 . см . Сила 'взаимодействия между атомами твердого раствора Si С- ßt , образующегося в приграничных областях^зорен SiC возрастает. Это призодит на границах к ситуации, удошготворящей какому-либо из критериев, т.е. теплосопротивление этих' областей стремится к нули. При этом теплосопротйвление за счет рассеяния на границах, составляющее подавляющую часть общего тешюс.опротивления в карбидокремние-вой керамика, существенно понижается, т.е. границы, как отмочено в [б] , приобретают "прозрачность". Такая интерпретация подтверждается экспериментальными данными. Тепловое расширение керамики с оксидом бериллия нижо, чем KEP карбида кремния.

Несмотря на близость атомных радиусов Be и ß , последний не вызывает заметного изменения сил связи в карбидо кремния. Алюминий понижает силы межатомного взаимодействия в.соответствующих материалах. Более того, в керамике с 5(0 межпорен-

ная фаза сохраняет кристаллическую структуру, тогда как добавки, содержащие бор и алюминий образуют аморфную межзеренную фазу. Все это приводит как к росту КТР этих материалов, так и к снижению их теплопроводности, упругости, прочности й твердости.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации, и выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОД!

■ I. Комплекс разработанных нами методов и установки, использованные в ходе исследований, позволяют не только оперативно, что важно при создании новых материалов, но и достаточно точно оценить эксплуатационные характеристики керамик.

2. Экспериментальные данные по свойствам исследованных керамик и результаты, оценок их качества и времени до разрушения, полученные в работе, могут служить рекомендуемыми для практического использования.

3. В результате экспериментальных исследований карбидо-крошшовой керамики с различными примесями установлены однозначные связи мовду тепловыми и механическими свойствами этих объектов. Причем, формирование свойств карбцдокчемниевой керамики зависит как от характера сил межатомного взаимодействия, так и от числа межатомных связей на единицу объема.

4. Впервые на большом достоверном экспериментальном материале показано, что отношение фононного теплосопротивления к произведению теплового расширения на температуру есть величина постоянная, представляющая собой характеристическое фо-нонное тепосопротивленио.

5. Впервые установлены однозначные связи меяду характеристическим теплосопротивлением и температурами Добая, плавления, модулем Юнга и твердостью. Каждая из этих корреляционных зависимостей распадаются на две кривые, одна из которых объединяет вещества с преобладавшим ионным или ковалентным типами связи, а другая - со смешанным 'типом связи.

6. Результаты анализа полученных корреляций свидетельствуют о наличии в материалах со смешанным типом связи некоторого механизма рассеяния фононов, обусловленного неоднозначностью типа связи.

7. Совокупность приведенных в работе корреляций может быть полезна не только для развития теории рассматриваемого вопроса, но и в плане решения проблемы синтеза новых материалов с заданными свойствами.

. 8. Установлено, что при прочих равных условиях использование в качеству- спекающих примесей материалов с ковалентным типом связи повышает теплопроводность, упругость, прочность и твердость, материалы с ионно-ковалентным типом связи, хотя и обеспечивают хорошую спекаемость порошка карбида кромния, понижают эксплуатационные характеристики карбидокремниэовй керамики. '

9. Влияние спекающих добавок на теплопроводность.и тепловое расширение карбидокремниевых керамик Существеннее, чем на теплоемкость и механические свойства, т.е. примеси в большей степени изменяют параметр ангармонизма, чем силу квазиупругой связи.

10. Характер сил связи меяду атомами определяет но только специфику свойств сплошных тел, но к пористых материалов,

причем, критерии высоких и низких значений тепловых и механических свойств, установленные для чистых веществ, не теряют значимости и для керамических материалов.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Пащук Е.Г., Атаев А.Ш., Бешенцев В.Д., Карпиловский Ji.lL, Палчаов Д.К., Мурлиева Е.Х., Пашаев Б.П. Акутичоская эмиссия при механических испытаниях электрокерамики. - Сб. тез. I Всес. конф. "Акустическая эмиссия материалов и конструкций", ч. П, Ростов-на-Дону., 1984,

2. Палчаев Д.К., Пашук Е.Г. i Бешенцев В.Д., Мурлиева S.X., Атаев А.Ш. Измерение комплекса механических свойств, определяющих срок слукбы изделий из хрупких материалов. - Сб. тез., П Бсес. симпозиума "Механика разрушения", КитошрД985.

3. Сафаралиев Г.К., Эфендиев А.З.', Палчаев Д.К., Пашук Е.Г., Мехтиев Б.З., Мурлиева Ж.Х. и др. Комплекс свойств поли- -

кристаллического самосвязанного карбида кремния. - Сб.тез. Ш Всес. совещ. "Физика и технология широкозонных долупро-водшшов". - Махачкала, I98S.

4. Абилова H.A., Мурлиева К.Х., Нурмагомедов Ш.А., Палчаев Д.К., Сафаралиев Г.К., Эфендиев А.З. Микротвердость и трещиностой-кость монокристаллическкх и поликристаллических твердых растворов. - Сб. тез. Ш Бсес. совещ. "Физика и технология ши-рокозонных.полупроводников". - Махачкала, IS86. ч

•5. Сафаралиев Г.К., Палчаев Д.К., Пашук Е.Г., Мурлиева И.Х., Эфендиев А.З. Методы исследования механических и тепловых свойств карбидокремниавой керамики. - Тез.докл. конф. "Конструирование и техника получения изделий из неметаллических материалов", ч. I - Москва, 1986. .

6. Палчаев Д.К., Мурлиева Я.XL. Установка для измерения параметров докритического роста трещин в хрупких материалах. Зав. лаб., 1986, й II, с. 72-73.

7. Абилова H.A., Мурлиева Н.Х., Палчаев Д.К., Нурмагомедов Ш.А. Оценка механических характеристик твердых растворов S\C-ß(N методом индентирования. - В кн.: Широкозонные полупроводники. - Махачкала, 1988.

8. Палчаев Д.К., Сафаралиев Г.К., Мурлиева S.X. Критерии, обуславливающие аномально высокую теплопроводность широкозошшх полупроводников. - В кн.: Широкозонные полупроводники. -Махачкала, 1988, с. II2-II6.

9. Палчаев Д.К., Мурлиева Ж.Х. О связи фононной теплопроводности с коэффициентом теплового расширения. - Тез. докл.

УШ Всес. конференции по тешгефизическим свойства!,i веществ.-ч. П, Новосибирск, 1988. .

10. Палчаев Д.К..> Мурлиева S.X. Связь параметров, характеризуемых рассеянием упругих валн с коэффициентом теплового расширения. - Депон. рук. в ВИНИТИ ß 65I3-B88, II.08.1988.

11. Палчаев Д.К., Мурлиева Н.Х. Характеристический параметр фонон-фононного рассеяния. - Деп. рук. в ВИНИТИ $ 666-В89 30.01.89, 7с.-.

12. Палчаев Д.К., Мурлиева Н.Х. О связи фононной теплопроводности с коэффициентом теплового расширения..- Сб. докл.

У1П Всес. конференции по теплофизическим свойствам веществ.-ч. П, Новосибирск, 1989, с. 152-157.

13. Палчаев Д.К., Мурлиева S.X. Электро1шая и фононная сверхпроводимость. - Деп. в ВИНИТИ 15 50Э0-В90, 10.09.90.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Берман Р. Теплопроводность твердых тал. - М.: Мыр, 1979. -186 с.

2. Лейбфрид Г. Микроскопическая теория механических и тепловых

свойств кристаллов. -' М.: Физматгиз,* 1963. ^

3. Курков-С.Н. К вопросу о физической основе прочности. - ФТТ, 1980, г. 22, К XI, с. 3344-3349.

4. Палчаев Д.К., Мурлиева Ж.Х. Связь параметров, характеризуемых рассеяние упругих'волн с коэффициентом теплового расширения. - Деп. рук. в ВИНИТИ, № 65-13-В83 от II.08.1988.

5. Палчаев Д.К., Мурлиэва Ж.Х. О связи фо#онной теплопроводности с коэффициентом теплового расширения. - Сб. докл. УШ Всес. конф. по геплофиз. свойствам веществ. Ч. П., -Новосибирск, 1989, с. 152-157.

6. и шли* Т., КоАииоки У. сеш^иеЛ*'-иНц \о£и*п1 па сиссС ъШ&Ои. аалЛ*с£е сгщ*п1с2ш си &ЗМГ У. Сх^&^Ись,

р. -£-3.2..