Принципи оптимізації структурно-фазового стану 

композитів молібден – силіцидне покриття 

Мазілін Б.О. (науковий керівник – проф. Литовченко С.В.)
Тугоплавкі метали та їхні сполуки з неметалами є вельми поширеним класом матеріалів, що активно використовується в науці та техніці. Особливості застосування таких матеріалів вимагають забезпечення належного балансу між їхніми конструкційними та функціональними властивостями [1], що неможливо без належного розуміння причин еволюції структурно-фазових характеристик матеріалів в експлуатаційних умовах, особливо за наявності комплексної дії низки зовнішніх руйнівних факторів. 
Силіциди тугоплавких металів, зокрема молібдену, є найприйнятнішими сполуками для формування функціональних шаруватих композитів для протидії високотемпературному окисленню (жаростійкість), забезпечення тривалості при термічних напруженнях (термостійкість), збереження геометричних характеристик виробів при високих температурах (жароміцність) [2]. Жаро- та термостійкість силіцидних покриттів забезпечує плівка діоксиду кремнію, що утворюється на їхній поверхні при високотемпературній експлуатації в повітрі. Структурний стан та склад цієї плівки, її властивості (суцільність, текучість, в’язкість, температура розм’якшення, ступінь кристалічності та інші) багато в чому визначають працездатність силіцидів при максимальних (до 2000 (С) робочих температурах .

Захисний ресурс силіцидних покриттів обмежується низкою факторів, які з різним ступенем активності негативно впливають на склад та структуру матеріалу. До найсуттєвіших факторів належать дефекти зростання, які визначає структура та якість поверхні підкладинки (оскільки покриття повторює рельєф підкладинки, то первинно наявні дефекти тільки збільшуються та погіршують захисну дію покриття), випаровування та хімічне розкладання диоксиду кремнію (відбувається при високих температурах внаслідок недостатньої кількості кремнію, який може брати участь в утворенні SiO2), кристалізація аморфного диоксиду кремнію (відбувається при охолодженні та ініціює напруження, які при релаксації призводять до розтріскування покриття), різниця коефіцієнтів термічного розширення наявних в композитній системі «молібденова підкладинка – силіцидне покриття» фаз (також є причиною виникнення напружень), фазові перетворення в покритті (так званий перерозподіл фаз внаслідок активізації дифузії при високих температурах) [3].

Оскільки ліквідувати перелічені фактори неможливо, технологічний процес формування оптимального за складом та структурою покриття слід корегувати так, щоб реалізувавти максимально ефективну протидію руйнівним процесам. Оптимізацію покриття слід проводити з урахуванням багатомасштабного підходу (оптимізація структури на всіх ієрархічних рівнях) та відповідної низки стереологічних характеристик матеріалів (розміри, форма, просторовий розподіл кристалітів та фаз, об’ємне співвідношення фазових складових та інші). Для досягнення необхідних жаро- і термостійкості силіцидних покриттів необхідно підбирати їхні оптимальні характеристики (фазовий склад, послідовність і товщину шарів, мікроструктуру) окремо для кожних конкретних експлуатаційних умов. На сьогодні така оптимізація проведена лише для двох ієрархічних рівнів – макро-  та мікро. 

Перехід на новий рівень використання матеріалів (наприклад, в умовах комплексної дії низки руйнівних факторів на тонкоплівкові об’єкти чи композиції зі скерованою структурою) вимагає уточнення суттєвих факторів, що впливають на структурні особливості кожного конкретного виробу і, таким чином, визначають його експлуатаційні властивості. 
Список літератури
1. High Temperature Structural Silicides // Pros. of the First Hihg Temperature Structural Silicides Workshop, USA, 1991 - Elsevier Sci. Publ., Amsterdam, 1992. - 278 p.

2. Е.П.Нечипоренко, А.П.Петриченко, Ю.Б. Павленко. Защита металлов от коррозии. – Харьков: “Вища школа”, 1985. -   112 с.

3. Литовченко С.В. Высокотемпературные силициды: свойства и применение // East Eur. J. Phys. – 2016 – Vol. 3. – No.3. – P. 4-24.