Сб. тезисов Наукоемкие технологии 20 марта 2014

Рисунок 5 – График зависимости паропроницаемости пленок от концентрации модифицирующих добавок

Рисунок 6 – График зависимости предела прочности

81

от концентрации модифицирующих добавок На рис. 6 показаны результаты испытаний на предел прочности сво-

бодных пленок, полученных на основе олигомера алифатического уретанакрилата и гидроксилсодержащего сложного полиэфиракрилата. При модификации винилтриэтоксисиланом композиции с 20%-ным превышением гидроксилсодержащего олигомера наблюдается рост предела прочности, в то время как вилитри(2-метоксиэтокси)силан повышает предел прочности только в пределах 5–7%. При стехиометрическом соотношении NCO/OH групп в композиции вилитри(2-метоксиэтокси)силан увеличивает предел прочности с 5,8 до 13,4 Н/мм2 в концентрации 7%.

ВЫВОДЫ

1.В результате проведенной работы был выбран количественный состав композиции, на основе которого получены покрытия с более высоки-

ми физико-механическими характеристиками – твердость 0,7 у.е., поверхностная энергия 34 мДж/ м2, паропроницаемость 0,0048 мг/см2×сут, предел прочности 13,4 Н/мм2. Данная композиция состоит из олигомера алифатического уретанакрилата и гидроксилсодержащего сложного полиэфиракрилата в стехиометрическом соотношении NCO/OH групп.

2.При модификации данной композиции силанами было выявлено, что введение (2-метоксиэтокси)силана в количестве 5–7 % позволяет увеличивать защитные характеристики покрытия – увеличивает предел прочности, уменьшает паропроницаемость, увеличивает гидрофобность покрытий.

Литература

1.Ульрих Майер Вестус Полиуретаны. Покрытия, клеи и герметики. –

М.: Пейнт-Медиа, 2009. 400 с.

2.Казаченко Н.Н., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А., Есеновский А.Г., Проскуряков С.В. Влагозащитные покрытия на основе УФ-лаков двойного отверждения // Лакокрасочные материалы и их применение. 2010. № 12. С. 24-27.

3.Казаченко Н.Н., Бабкин О.Э., Бабкина Л.А. Влагозащита для плат. // Наука и современность-2011: сборник материалов XIII Международной научно-практической конференции: в 3-х частях. Часть 3. – Новосибирск: изд-во НГТУ, 2011. С. 88-93.

82

Проведены трибологические испытания материала на основе BN, установлено, что материал имеет высокий показатель износостойкости – примерно в 5 раз выше износостойкости сапфира, выращенного по способу Вернейля.

Из субмикронных негранулированных порошковAl2O3 и SiC китайского производства (размер частиц 600-800 нм), предоставленных кафедрой химической технологии тонкой технической керамики (ХТТТК) Санкт-Петербургского государственного технологического института (Технического университета), изготовлены опытные образцы в виде цилиндров по следующему объемному составу:

70% Al2O3 –30% SiC;

50% Al2O3 –50% SiC;

30% Al2O3 –70% SiC.

Данные массовые соотношения использованы с целью проверки влияния увеличения концентрации SiC в матрице Al2O3 на свойства материала.

Подготовка порошков к спеканию осуществлялась на кафедре ХТТТК. Предварительно порошки подвергались перемешиванию в барабанной мельнице. Продолжительность перемешивания составила 36 ч.

Спекание порошков происходило на горячем прессе на территории предприятия ООО «Вириал». Горячее прессование – это одновременное воздействие давления и температуры на керамическую смесь. Матрицу нагревали прямым пропусканием тока. Прессование осуществлялось одноосным сжатием.

Стопроцентный кубический нитрид бора (эльбор, BN) получают из гексаганального нитрида бора в присутствии катализаторов (сурьма, олово, свинец) при температурах 1700-2000 °С в камерах высокого давления (8-12 ГПа). По твердости кубический нитрид бора почти не уступает алмазу (800-900 ГПа при твердости алмаза 1000 ГПа)[1]. Данный материал способен оказать значимый адгезионный эффект на вращающуюся стальную иглу подпятника при контактном взаимодействии. Предпринята попытка создать менее твердый композиционный материал на основе BN (60%) , с добавками керамических компонентов Al2O3(30%)и Si3N4(10%). Выбор компонентов обусловлен близкими к BN коэффициентами термического расширения, а также высокими износостойкими свойствами компонентов. Из порошков, предоставленных кафедрой ХТТТК и ООО «Вириал», изготовлены опытные образцы, которые затем спекались в камерах высокого давления на ООО «Вириал».

Исследование микроструктуры полученных материалов осуществлялось в филиале ООО «ННКЦ» - «Центротех-СПб». Определение размера зерна осуществляли в соответствии с ГОСТ 5639-82 «СТАЛИ и СПЛАВЫ. Методы выявления и определения величины зерна». Определение микро-

84

твердости по методу Виккерса проводили на микротвердомере ПМТ-3М. Определение плотности и пористости материалов проводили в соответствии с ГОСТ 2409-95 «Огнеупоры. Методы определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения».

Структура полученных керамических материалов Al2O3–SiC представлена на рис. 1.

Al2O3

SiC

а – материал 70%Al2O3–30%SiC

б – материал 50%Al2O3–50%SiC

85

BN

Рисунок 3 – Структура керамического материала на основе BN, ×1000

При визуальном осмотре поверхности материала дефекты в виде трещин и пор не обнаружены, однако в структуре материала прослеживается неоднородное распределение зерен BN (рис. 6).

Зоны

неоднородности

Рисунок 6 – Неоднородная структура материала на основе BN

Расчет среднего условного диаметра зерна в керамических материалах Al2O3–SiC проходил по компоненту SiC. Расчет среднего условного диаметра зерна в керамическом материале на основе BN проходил по компоненту BN. Результаты расчета приведены в табл. 1. Согласно табл.1, с повышением концентрации SiC происходит рост зерна в материале.

87

Таблица 1 – Средний диаметр зерна в керамических материалах

На рис. 7-10 приведены распределения размера среднего диаметра зерна в структуре материалов, отклонения от среднего значения.

Рисунок 7 – Распределение среднего диаметра зерна в керамическом материале 70% Al2O3–30% SiC (фотография шлифа,×1000)

Рисунок 8 – Распределение среднего диаметра зерна в керамическом материале 50% Al2O3–50% SiC (фотография шлифа,×1000)

88

Таблица 3 – Свойства керамических материалов

В результате анализа полученных результатов материал на основе BN был подвержен испытаниям на износостойкость. В данной работе проводились сравнительные испытания на ускоренное изнашивание по методике, разработанной в 2010 г. Экспериментальная установка находится в Санкт-Петербургском институте проблем машиноведения.

Использовалась известная трибологическая схема: неподвижный палец (из исследуемой керамики) – подвижный диск (из абразива). Нагрузка составляла 1,9 кг. Линейная скорость скольжения по абразиву составляла 9 м/с. Трение проводилось в течение 30 с. Путь трения в каждом опыте составлял 270 м. Массовый износ определялся на аналитических весах. Результаты испытания представлены в табл. 4. Для сравнения приведены данные по износу керамических материалов на основе 100%Al2O3, (1, 2, 3) с различной технологией получения, а также массовый износ сапфира, выращенного по способу Вернейля.

Таблица 4 – Массовый износ керамических материалов

Материал на основе BN обладает высокой износостойкостью – в 5 раз выше, чем у сапфира.

Литература

1.Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения. – М.: Научтехлитиздат, 2003. 384 с.

2.Гаршин А. П. Машиностроительная керамика. – СПб.: изд-во СПбГГУ, 1997. 726 с.

90