Исследование образцов из реакционно-спеченного карбида кремния визуально-оптическим и радиографическим методами неразрушающего контроля

Изделия на основе карбида кремния, характеризующиеся высоким уровнем физико-механических, теплофизических и эксплуатационных свойств, широко применяют в различных отраслях промышленности. При использовании метода реакционного спекания для получения карбидокремниевых материалов предварительно отформованные пористые образцы, состоящие из порошков карбида кремния, углеродного наполнителя и кокса связующего, подвергаются процессу жидкофазного силицирования в вакуумной печи. В работе представлены результаты исследования образцов из реакционно-спеченного карбида кремния (РСКК) визуально-оптическим и радиографическим методами неразрушающего контроля. При силицировании углерод-карбидокремниевых материалов на их поверхности и в самом материале могут формироваться дефекты. Показано, что визуально-оптический метод прост и чрезвычайно информативен для их выявления. Он позволяет определять поверхностные дефекты в виде пор, трещин, сколов, раковин, а также косвенным образом указывать на возможное наличие внутренних дефектов в виде недопропитанных областей. Установлено, что силицированные образцы с бóльшим количеством кремниевых наплывов на поверхности имеют более высокую плотность, и на соответствующих рентгенографических изображениях наблюдается меньшее количество дефектов в виде недопропитанных областей. При рентгеновском контроле, который проводили за несколько экспозиций, различающихся углом поворота образца на 90°, вероятность обнаружения внутренних объемных и плоскостных дефектов составила 95 %. Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении на основе РСКК деталей триботехнического назначения, запорной арматуры и других износостойких изделий.

1. Антонова Е. С., Голубева Н. А., Келина И. Ю., Плясункова Л. А., Стахровская Т. Е., Нечепуренко А. С. Влияние фракционного состава исходных порошковых смесей и их дисперсности на физико-механические свойства реакционно-связанного карбида кремния / Новые огнеупоры. 2014. № 10. С. 37 – 41.

2. Сорокин О. Ю., Бубненков И. А., Кошелев Ю. И., Орехов Т. В. Разработка мелкозернистого силицированного графита с улучшенными свойствами / Химия и химическая технология. 2012. Т. 55. № 6. С. 12 – 16.

3. Овсиенко А. И., Румянцев В. И., Беспалов И. А., Сильников Н. М. Перспективы применения реакционно-спеченного карбида бора в качестве броневой керамики / Вопросы оборонной техники. 2015. № 7 – 8(85 – 86). С. 95 – 101.

4. Гордеев С. К., Ежов А. Ю., Каримбаев Т. Д., Корчагина С. Б., Мезенцев М. А. Дисперсно-упрочненные композиции алмаз-карбид кремния — новые материалы для машиностроения / Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7. № 10. С. 61 – 71.

5. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Светлов И. Л. Высокоэффективное охлаждение лопаток горячего тракта ГТД / Авиационные материалы и технологии. 2017. № 2. С. 3 – 14. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-3-14

6. Каблов Е. Н., Бондаренко Ю. А., Ечин А. Б. Развитие технологии направленной кристаллизации литейных высокожаропрочных сплавов с переменным управляемым температурным градиентом / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 24 – 38. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-24-38

7. Оспенникова О. Г., Подъячев В. Н., Столянков Ю. В. Тугоплавкие сплавы для новой техники / Труды ВИАМ. 2016. № 10(46). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-10-5-5

8. Allen A., Levin I., Witt S. Materials research and measurement needs for ceramic additive manufacturing / J. Am. Ceram. Soc. 2020. P. 6055 – 6069. DOI: 10.1111/jace.17369

9. Каблов Е. Н., Ечин А. Б., Бондаренко Ю. А. История развития технологии направленной кристаллизации и оборудования для литья лопаток газотурбинных двигателей / Труды ВИАМ. 2020. № 3(87). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-3-12

10. Румянцев В. И., Бойков С. Ю., Осмаков А. С., Фищев В. Н. Квалиметрия микроструктуры реакционно-спеченного карбида кремния / Огнеупоры и техническая керамика. 2007. № 12. С. 29 – 34.

11. Wahl G. Carbon materials — new developments for the use in high duty axial face seals / 15th International Sealing Conference. — University of Stuttgart, Germany, 2008. P. 24.

12. Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы. — М.: Металлургия, 1977. — 216 с.

13. Кошелев Ю. И., Костиков В. И., Татиевская Е. М., Телегин В. Д., Нагорный В. Г. Влияние примесей на качество силицированных графитов типа СГ-П / Адгезия расплавов и пайка материалов. 1991. Вып. 25. С. 90 – 94.

14. Гаршин А. П., Кулик В. И., Нилов А. С. Анализ возникновения, характеристика и способы минимизации технологических дефектов в керамических композитах с SiC-матрицей, получаемых методом жидкофазного силицирования / Новые огнеупоры. 2019. № 8. С. 23 – 33.

15. Мирошин К. Г., Косарина Е. И., Саввина Н. А., Степанов А. В. Рентгеноскопический контроль керамических стержней и восковых моделей лопаток ГТД / Авиационные материалы и технологии. 2006. № 1. С. 32 – 39.

16. Хлыбов А. А., Иляхинский И. А. Неразрушающий контроль изделий из карбидокремниевых материалов / Дефектоскопия. 2019. № 1. С. 39 – 43.

17. Sangsuwan P., Orejas J., Gatica J., et al. Reaction-bonded silicon carbide by reactive infiltration / Industr. Eng. Chem. Res. 2001. Vol. 40. P. 5191 – 5198.

18. Ершов А. Е., Шикунов С. Л., Курлов В. Н. Метод расчета фазового состава SiC – Si – C материалов, получаемых силицированием углеродных матриц / Журнал технической физики. 2017. Т. 87. Вып. 6. С. 888 – 895.

19. Станкус С. В., Хайрулин Р. А., Тягельский П. В. Термические свойства германия и кремния в конденсированном состоянии / Теплофизика высоких температур. 1999. Т. 37. № 4. С. 559 – 564.

20. Тарабанов А. С., Костиков В. И. Силицированный графит. — М.: Металлургия, 1977. — 208 с.

21. Косарина Е. И., Крупнина О. А., Степанов А. В. Радиационные методы неразрушающего контроля. Курс лекций. — М.: Свен, 2019. — 385 с.