Изучение кинетики деградации износостойкости нитридных керамик при облучении тяжелыми ионами

Авторы

  • А.Л. Козловский

DOI:

https://doi.org/10.31489/2022No1/10-14

Ключевые слова:

радиационные дефекты, нитридные керамики, износостойкость, коэффициент сухого трения, тяжелые ионы

Аннотация

Работа посвящена изучению изменений прочностных свойств AlN керамики, в частности, коэффициента сухого трения и параметров износостойкости и дефектности поверхности, в зависимости от дозы облучения тяжелыми ионами Xe22+ с энергией 200 МэВ. Интерес к данным керамикам обусловлен их высокими показателями теплопроводности, твердости и износостойкости, а также отличными изоляционными свойствами, что делает их перспективными материалами кандидатами в ядерной энергетики, ракетостроении и микроэлектроники. При этом эксплуатация данных керамик в условиях внешних воздействий, таких как механическое трение, давление на поверхность, а также воздействие ионизирующего излучения требует дополнительных исследований и получения новых данных об устойчивости и сохранению свойств в течение всего срока эксплуатации. В ходе проведенных исследований было установлено, что при малых дозах облучения 1010-1011 ион/см2, для которых характерно формирование одиночных точечных дефектов и малая вероятность деградации поверхности в результате инициализации процессов газового распухания, коэффициент сухого трения практически не изменяется, что свидетельствует о высоких показателях устойчивости керамик к механическому трению. Однако увеличение флюенса облучения до 1012 ион/см2, для которого характерны процессы перекрытия радиационно-индуцированных поврежденных областей, наблюдается ухудшение коэффициента сухого трения после 15000 циклов испытаний, что свидетельствует об усталостном износе поверхности керамик и деградации в результате внешних воздействий.

Библиографические ссылки

"1 Grigoriev S., et al. Wire electrical discharge machining, mechanical and tribological performance of TiN reinforced multiscale SiAlON ceramic composites fabricated by spark plasma sintering. Applied Sciences. 2020, Vol. 11.2, pp. 657-665.

Chen Juanjuan, et al. Mechanical and tribological properties of h-BN/ZrO2/SiC solid-lubricating ceramic composites. Tribology International, 2021, Vol.160, pp. 107061-107080.

Li Yongxia, et al. Effect of Mo particle size on microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered silicon nitride. Materials Science and Engineering: A, 2021, Vol. 814, pp. 141155.

Karipbayev, Zh, et al. Time-resolved luminescence excited with N2 laser of YAG: Ce Ceramics formed by electron beam assisted synthesis. Eurasian Physical Technical Journal, 2021, Vol. 17.1 (33), pp. 73-76.

Tang Peng, et al. Influence of grain orientation on hardness anisotropy and dislocation behavior of AlN ceramic in nanoindentation. Ceramics International, 2021, Vol. 47.14, pp. 20298-20309.

Dehghani Hadi, et al. The effect of AlN-Y2O3 compound on properties of pressure less sintered SiC ceramics-A review. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2021, Vol.95, pp. 105420.

Wei Zhilei, et al. Preparation of unidirectional porous AlN ceramics via the combination of freeze casting and combustion synthesis. Journal of Materials Science & Technology, 2022, Vol.100, pp. 161-168.

Kadyrzhanov, K. K., Tinishbaeva K., Uglov V.V. Investigation of the effect of exposure to heavy Xe22+ ions on the mechanical properties of carbide ceramics. Eurasian Physical Technical Journal, 2021, Vol. 17 (33), pp. 46-53.

Eremin, E. N., Yurov V. M., Guchenko S.A. Wear resistance and tribological properties of high entropy coatings CrNiTiZrCu. Eurasian Physical Technical Journal, 2021, Vol. 17 (33), pp.13-18.

Zinkle S.J., Skuratov V.A., Hoelzer D.T. On the conflicting roles of ionizing radiation in ceramics. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2002, Vol.191.1-4, pp. 758-766.

Yano T., et al. Neutron irradiation damage in aluminum oxide and nitride ceramics up to a fluence of 4.2× 1026n/m2. Journal of nuclear materials, 2000, Vol.283, pp. 947-951.

Yano T., et al. Neutron irradiation effects on isotope tailored aluminum nitride ceramics by a fast reactor up to 2× l026 n/m2. Journal of Nuclear Materials, 2004, Vol. 329, pp. 1471-1475.

Dukenbayev K., et al. The investigation of various type irradiation effects on aluminum nitride ceramic. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2019, Vol. 30.9, pp. 8777-8787.

Kucheyev S.O., et al. Ion-beam-produced damage and its stability in AlN films. Journal of applied physics, 2002, Vol. 92.7, pp. 3554-3558.

Trinkler Laima, Baiba Berzina. Recombination luminescence in aluminum nitride ceramics. Physica status solidi (b), 2014, Vol. 251.3, 542-548.

Zinkle S.J., Skuratov V.A., Hoelzer D.T. On the conflicting roles of ionizing radiation in ceramics. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2002, Vol. 191.1-4, pp. 758-766.

Hu Quanli, et al. Study of radiation defects for AlN ceramics under O+ irradiation. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2000, Vol. 166, pp. 70-74.

Zinkle S. J., Kinoshita C. Defect production in ceramics. Journal of Nuclear Materials, 1997, Vol.251, pp. 200-217.

Kozlovskiy A., et al. Dynamics of changes in structural properties of AlN ceramics after Xe+ 22 ion irradiation. Vacuum, 2018, Vol. 155, pp. 412-422.

Kozlovskiy A. Influence of irradiation temperature on properties change of AlN ceramics. Vacuum, 2018, Vol. 158, pp. 93-100."

Загрузки

Как цитировать

Козловский A. (2022). Изучение кинетики деградации износостойкости нитридных керамик при облучении тяжелыми ионами. Eurasian Physical Technical Journal, 19(1(39), 10–14. https://doi.org/10.31489/2022No1/10-14

Выпуск

Раздел

Материаловедение