2.4.2. Керамические

Керамические конструкционные материалы имеют неоспоримые преимущества для совершенствования и создания теплонагруженных конструкций, отличающихся низкой удельной массой, высокой температурой эксплуатации, химической инертностью, коррозионной стойкостью, высоким сопротивлением зарождению и росту трещин, высокой прочностью, склонностью к самозалечиванию микродефектов с восстановлением исходных свойств при эксплуатационных температурах [16].

В последние годы интенсивно разрабатывается нанокерамика для широких областей применения (рис.29) [17-20].

В оптотехнике, полупроводниках в качестве монокристаллических подложек широко используются материалы на основе карбида кремния. Значительно возрос интерес к исследованиям синтеза, физико-химических и физико-механических свойств наноразмерного карбида кремния. Свойства наноразмерного карбида кремния для применения в качестве светоизлучающих нанокристаллов (квантовых точек) в опто- и наноэлектронике, в микро- и наноэлектромеханических системах являются весьма перспективными [21].

Рис. 29. Керамические изделия, полученные ультразвуковым прессованием нанопорошков.

Интенсивно изучается методы синтеза карбида кремния такие, как: получение наночастиц в матрицах, нанотрубок, нановолокон, нанопленок, нанопористых структур с использованием ионно лучевого синтеза (имплантация), магнетронное напыление, химическое и электрохимическое травление, лазерный синтез и др. [21].

Для исследования твердости наноразмерных пленок карбида кремния используются метод наноиндентирования. В табл.7 представлены результаты измерения твердости и модуля упругости аморфных пленок карбида кремния при различных нагрузках (прибор Nanoindenter XP) [21]:

Таблица.7

Влияние нагрузки при индентировании на микротвердость и модуль упругости карбида кремния

Характеристика	Нагрузка на индентор, Мн
	5	10	30	100
Hv (ГПа)	210-225	195-218	200-205	170-197
E(ГПа)	19,5-21,5	19,1-20,3	19,1-20,3	16-20,5

Наблюдается рост параметров с уменьшением нагрузки на индентор. Содержание нанокристаллов повышается при отжиге, увеличивается и значение микротвердости, становясь существенно выше крупнокристаллического аналога [21].

С помощью наностеклокерамики с практически нулевым коэффициентом температурного расширения возможно производить соединение конструкционных деталей [22]. В условиях перспективного развития оптотехники решение проблемы соединения деталей является актуальной. В работе [22] представлены результаты исследований механических свойств конструкционных соединений прецизионных деталей из наностеклокерамики астроситалла СО115М. Применена технология твердофазного соединения полированных оптических деталей с использованием в качестве соединительного слоя наноразмерных вакуумных покрытий на основе системы титан–алюминий. На границах соединения деталей происходит химическое взаимодействие при температуре 400^оС с образованием новых фаз Детали, соединенные по указанной технологии, обладают свойствами монолитных материалов и выдерживают экстремальные условия воздействия: криогенные температуры – жидкий азот; повышенные температуры до 900^оС и лазерное излучение.

Применение конструкционной деформируемой керамики обусловлено высокой твердостью, прочностью, трещиностойкостью, сопротивлением ползучести, коррозионной стойкостью, устойчивостью к износу и эрозии, антифрикционным и фрикционным свойствам. Слабым местом керамики является низкая трещиностойкость и пластичность.

Для нанокерамики обнаружена повышенная низкотемпературная пластичность, которую можно использовать в процессах экструзии и прокатки керамики [23]. Уменьшение размера зерен приводит к возможности деформировать керамику при достаточно высоких скоростях деформации – около 10^-2 с^-1.