Пружні властивості кераміки на основі МАХ-фази Ti3AlC2

Анотація

Унікальні механічні властивості кераміки на основі МАХ-фаз (висока твердість, термо- і тріщиностійкість в поєднанні з можливістю пластичної деформації) роблять її широко використовуваним багатофункціональним матеріалом. Тому дослідження її пружних властивостей, тобто отримання інформації про величину пружних констант: модуля Юнга і коефіцієнта Пуассона, є дуже актуальним. Значення цих констант в керамічному матеріалі істотно залежать від стехіометрії та хімічного складу фаз, що утворюються, а також від структури матеріалу. Зокрема, в процесі його синтезу методом ізостатичного пресування під тиском формуються кристалічні зерна основної фази, виникають включення вихідних або другорядних фаз, а також утворюється певна кількість різних порожнеч: ізольованих пор, їх скупчень (капілярів), мікротріщин та ін. Ці структурні елементи обумовлюють істотну неоднорідність кераміки, що призводить до зміни багатьох фізичних властивостей цього матеріалу, в тому числі пружності. Як наслідок, числові значення пружних констант керамічного матеріалу помітно відрізняються від значень аналогічних констант, що характеризують вихідні компоненти, з яких формується МАХ-фаза.
В роботі представлені результати дослідження ефективних пружних констант, що характеризують кераміку на основі МАХ-фази Ti3AlC2. Показано, що пружний модуль керамічного матеріалу характеризується значенням, що перевищує у ≈2,5 рази значення модуля пружності власне речовини досліджуваної фази і досягає величини ≈ 320 GPa. Виявлену зміну модуля пружності пов’язано з неоднорідністю структури керамічного матеріалу і обумовлено наявністю в ньому жорстких включень фази TiC. Цей висновок підтверджується при варіюванні вмісту включень фази TiC в складі МАХ-фази Ti3AlC2.