ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА БАЛЛИСТИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ

Н.В. Мелехин Melekhin; М.С. Болдин Boldin; А.А. Попов Popov; А.М. Брагов Bragov; В.В. Баландин Balandin; Вл.Вл. Баландин Balandin; О.Г. Крутова Krutova; Н.Н. Берендеев Berendeev; В.Н. Чувильдеев Chuvil'deev

doi:10.32326/1814-9146-2022-84-2-272-281

Н.В. Мелехин Melekhin Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
М.С. Болдин Boldin Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
А.А. Попов Popov Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
А.М. Брагов Bragov Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
В.В. Баландин Balandin Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
Вл.Вл. Баландин Balandin Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
О.Г. Крутова Krutova Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
Н.Н. Берендеев Berendeev Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
В.Н. Чувильдеев Chuvil'deev Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2022-84-2-272-281

Ключевые слова: оксид алюминия, микроструктура, внутренние напряжения, баллистическая стойкость, электроимпульсное плазменное спекание

Аннотация

Представлены результаты испытаний на баллистическую стойкость керамических образцов на основе оксида алюминия (Al₂O₃+0,25%MgO), полученных методом высокоскоростного электроимпульсного плазменного спекания. Образцы диаметром 30 мм, толщиной 6,5 и 7 мм имели высокую относительную плотность (более 99%), однородную мелкозернистую микроструктуру (средний размер зерна ~1,0–1,5 мкм) и повышенную твердость (более 17 ГПа). Методом конечных элементов с использованием пакета ANSYS Workbench показано, что при быстром охлаждении со скоростью 50 °С/мин в образцах формируется неравномерное температурное поле и возникает различие в температурах на двух противоположных сторонах образцов керамик. Установлено, что неравномерное охлаждение при спекании приводит к формированию сжимающих внутренних напряжений (до –450 МПа), причем наблюдается существенное различие в величине внутренних напряжений на противоположных сторонах керамических образцов. Различия параметров микроструктуры и микротвердости на противоположных сторонах образцов незначительны. Испытания на баллистическую стойкость проводились на скорости 700 м/с с использованием цилиндроконических ударников из закаленной стали ШХ15. Баллистическая стойкость керамики оценивалась по запреградному действию – глубине проникания ударника в алюминиевый образец-свидетель, расположенный сзади испытываемой керамической пластины. Показано, что запреградное действие при испытании керамической пластины с большой величиной сжимающих внутренних напряжений (от –390 до –450 МПа) оказывается в 1,5–2 раза меньше, чем при баллистическом испытании керамической пластины, в поверхностном слое которой внутренние сжимающие напряжения малы (от –60 до –90 МПа). Полученные результаты впервые продемонстрировали важность формирования сжимающих полей внутренних напряжений в керамиках, которые позволяют дополнительно повышать баллистическую стойкость защитных керамических пластин.