Формирование нанокомпозитов Al₂O₃–Сo способом электронно-лучевого испарения в вакууме

Abstract

Приведены результаты исследований структуры и микротвердости толстых (20...60 мкм) керамико-металлических конденсатов Al₂O₃-Co с различной концентрацией металлической добавки (2,5-90 мас.%), полученных способом электронно-лучевого осаждения. Выполненные исследования подтверждают возможность формирования стабильных нанокомпозитов Al₂O₃-Co в интервале температур конденсации 300...950 °С. Обобщены закономерности формирования нанокомпозитов Al₂O₃-Co. Установлено, что размер наночастиц кобальта в керамической матрице в зависимости от температуры конденсации Тп можно варьировать от <4 (Тп < 350 °С) до 20 (Тп ~ 900 °С) нм. Микротвердость HV композитов, полученных при Тп < 350 °С, слабо зависит от содержания металлической фазы и не превышает 5...6ГПа. В интервале температур подложки (350 < Тп < 820) °С микротвердость композитов HV равна примерно 10,5 (17%Сo); 7,5 (60 % Сo); 7,0 (75 % Сo) и 5,0 ГПа (90 % Сo). Композиты, полученные в интервале (820< Тп< 950)°С отличаются развитой межкристаллитной пористостью, их микротвердость составляет примерно 2ГПа. Фазовый состав нанокомпозитов Al₂O₃-Co контролируется температурой подложки Тп и концентрацией кобальта.

The paper presents the results of investigation of structure and microhardness of thick (20...60 μm) Al₂O₃—Co ceramicsmetal condensates with different concentration of metal additive (2.5...90 wt.%) produced by electron beam deposition. Performed investigations confirm the possibility of forming stable Al₂O₃—Co nanocomposites in the range of condensation temperatures of 300...950 °C. Regularities of forming Al₂O₃—Co nanocomposites are generalized. It is established that the size of cobalt nanoparticles in the ceramic matrix can be varied from <4 (Ts < 350 °C) to 20 (Ts ~ 900 °C) nm, depending on condensation temperature Ts. Microhardness HV of composites produced at Ts < 350 °C is weakly dependent on the content of metal phase and does not exceed 5...6 GPa. In the range of substrate temperatures (350 < Ts < 820) °C composite microhardness HV is equal to approximately 10.5 (17 % Co); 7.5 (60 % Co); 7.0 (75 % Co) and 5.0 GPa (90 % Co). Composites produced in the range of (820 < Ts < 950) °C feature ramified intercrystalline porosity, their microhardness being approximately 2 GPa. Phase composition of Al₂O₃—Co nanocomposites is controlled by substrate temperature Ts and cobalt concentration.