Методом реакционного спекания (силицирования) карбидокремниевых и алмазных порошков получены монолитные образцы функционально-градиентных керамических материалов, представляющие собой слоистые композиции, связанные по реакционно-диффузионному механизму сплошной карбидокремниевой матрицей. Проведены исследования микроструктуры и физико-механические испытания многослойной керамики на опытных образцах. Экспериментально описаны структурные особенности реакционно-спеченных материалов на основе карбида кремния и «алмаз–карбид кремния» в составе монолитов и многослойных композиций. Даны рекомендации по перспективам применения функционально-градиентных керамических материалов на основе карбида кремния с алмазными частицами в изделиях специального машиностроения.
Михаил Александрович Марков – доктор технических наук, заместитель начальника лаборатории «Техническая керамика», Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Антон Николаевич Беляков – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Алина Дмитриевна Быкова – кандидат технических наук, начальник лаборатории «Техническая керамика», Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Маргарита Андреевна Глебова – инженер, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Алексей Витальевич Ильин – доктор технических наук, главный научный сотрудник, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Дарья Андреевна Дюскина – инженер 2-й категории, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Александр Дмитриевич Каштанов – доктор технических наук, советник генерального директора, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Андрей Геннадьевич Чекуряев – инженер 2-й категории, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
Александр Николаевич Николаев – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия
1. Erasenthiran P., Beal V. E. Functionally graded materials // Rapid Manufacturing: An Industrial Revolution for the Digital Age. 2006. P. 103 – 124. DOI: 10.1002/0470033991
2. Naebe M., Shirvanimoghaddam K. Functionally graded materials: A review of fabrication and properties // Applied Materials Today. 2016. V. 5. P. 223 – 245. DOI: 10.1016/j.apmt.2016.10.001
3. Saleh B., Jiang J., Fathi R., et al. 30 Years of functionally graded materials: An overview of manufacturing methods, applications and future challenges // Composites Part B: Engineering. 2020. V. 201. P. 108376. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108376
4. Назаренкова А. А., Половинкин Н. С. Разработка функционально-градиентных материалов // Теория и практика современной науки. 2019. № 1(43).
5. El-Galy I. M., Saleh B. I., Ahmed M. H. Functionally graded materials classifications and development trends from industrial point of view // SN Applied Sciences. 2019. V. 1, No. 11. DOI: 10.1007/s42452-019-1413-4
6. Gordienko A. I., Ivashko V. V., Vegera I. I. Development and application of functionally graded materials // Bulletin of P. O. Sukhoi Gomel State Technical University. 2007. No. 2(29). P. 51 – 57.
7. Gerashchenkov D. A., Makarov A. M., Bystrov R. Y., et al. Technological aspects of obtaining functional gradient coatings to protect machinery from wear // Key Engineering Materials. Switzerland. 2019. V. 822. P. 768 – 773. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.822.768
8. Nikolaev A. N., Ban'kovskaya I. B., Perevislov S. N. Influence of nanosized zirconiumand aluminum-oxide particles on the properties of Si–B4C–ZrB2 composite materials // Refractories and Industrial Ceramics. 2020. V. 61, No. 4. P. 428 – 432. DOI: 10.1007/s11148-020-00498-w
9. Gerashchenkova E. Yu., Markov M. A., Gerashchenkov D. A., et al. Investigation of aspects of compensation for thermal expansion of 3D gradient materials Al–Al2O3 using "cold" spraying technology // Metallurgist. 2025. V. 69, No. 4. P. 510 – 520. DOI: 10.1007/s11015-025-01968-7
10. Bhavar V. A., Kattire P., Thakare S. Review on functionally gradient materials (FGMs) and their applications // 4th Int. Conf. on Mechanics and Mechatronics Research, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. V. 229(1). Р. 012021.
11. Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы. М.: Металлургия, 1977. 216 с.
12. Belyakov A. N., Markov M. A., Kravchenko I. N., et al. Contemporary materials and their application in the construction of special engineering high-temperature objects // Refractories and Industrial Ceramics. 2023. V. 64, No. 3. P. 256 – 264. DOI: 10.1007/s11148-024-00835-3
13. Markov M. A., Krasikov A. V., Kravchenko I. N., et al. Development of novel ceramic construction materials based on silicon carbide for products of complex geometry // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021. V. 50, No. 2. P. 158 – 163. DOI: 10.3103/S1052618821020096
14. Belyakov A. N., Markov M. A., Kravchenko I. N., et al.Structural and physicomechanical properties of silicon carbide-based reaction-sintered ceramics // Russian Metallurgy (Metally). 2024. V. 2024, No. 7. P. 1536 – 1543. DOI: 10.1134/S0036029524702720
15. Taya M., Hayashi S., Kobayashi A. S., Yoon H. S. Toughening of a particulate reinforced ceramic-matrix composite by thermal residual stress // Journal of the American Ceramic Society. 1990. No. 73. Р. 1382 – 1391. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1990.tb05209.x
16. Belyakov A. N., Markov M. A., Chekuryaev A. N., et al. Investigation of the reaction-sintered B4C–SiC materials produced by hot slip casting // Glass Physics and Chemistry. 2023. V. 49, No. 3. P. 306 – 313. DOI: 10.1134/S1087659623600060
17. Bucevac D., Krstic V. Microstructure–mechanical properties relations in SiC–TiB2 composite // Materials Chemistry and Physics. 2012. V. 133, No. 1. Р. 197 – 204. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.01.007
18. Ruys A. J. Silicon carbide ceramics structure, properties, and manufacturing. Elsevier, 2023. 585 p.
19. Гордеев С. К., Ежов А. Ю., Каримбаев Т. Д. и др. Дисперсно-упрочненные композиции «алмаз–карбид кремния» – новые материалы для машиностроения // Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7, № 2(26). С. 61 – 71.
20. Gordeev S. K., Korchagina S. B., Zapevalov V. E., et al. Diamond–silicon carbide composite as a promising material for microelectronics and high-power electronics // Radiophysics and Quantum Electronics. 2022. V. 65, No. 5–6. Р. 434 – 441.
21. Гордеев С. К. Алмазокарбидокремниевые композиционные материалы АКК «Скелетон» // Вопросы материаловедения. 2024. № 1(117). С. 99 – 116.
22. Каримбаев Т. Д., Мезенцев М. А., Мыктыбеков Б. и др. Карбид кремния, дисперсно-армированный алмазными частицами – АКК «Скелетон» – для элементов высокотемпературных узлов // Композиты и наноструктуры. 2023. Т. 15, № 4. С. 273 – 283.
23. Shevchenko V. Ya., Makogon A. I., Sychov M. M., et al.Reaction–diffusion pathways for a programmable nanoscale texture of the diamond–SiC composite // Langmuir. 2022. No. 38(49). Р. 15220 – 15225.
24. Shevchenko V. Y., Perevislov S. N., Kovalchuk M. V., Oryshchenko A. S. New chemical technologies based on turing reaction–diffusion processes // Doklady Chemistry. 2021. V. 496, No. 2. Р. 28 – 31.
25. Belyakov A. N., Markov M. A., Kashtanov A. D., et al. Ballistic performance of diamond–silicon carbide composite fabricated by reaction sintering // Glass and Ceramics. 2026. V. 82, No. 9–10. P. 356 – 362. DOI: 10.1007/s10717-026-00799-5
26. Shevchenko V. Ya., Oryshchenko A. S., Belyakov A. N., Perevislov S. N. Determination of the mechanical characteristics of the ideal ceramic (diamond–silicon carbide composite) // Glass Physics and Chemistry. 2023. V. 49, No. 6. P. 539 – 543. DOI: 10.1134/s108765962360062x
27. Belyakov A. N., Markov M. A., Dyuskina D. A., et al. A comparative study of methods for obtaining silicon carbide ceramic materials // Refractories and Industrial Ceramics. 2023. V. 64, No. 3. P. 299 – 310. DOI: 10.1007/s11148-024-00842-4
28. Markov M. A., Vikhman S. N., Belyakov A. N., et al. High-temperature bending tests of reaction-sintered silicon carbide-based ceramic materials // Russian Journal of Applied Chemistry. 2023. V. 96, No. 1. P. 16 – 20. DOI: 10.1134/S1070427223010032
29. Марков М. А., Дюскина Д. А., Николаев А. Н. и др. Определение трибологических характеристик алмазной керамики в паре трения с конструкционными материалами // Новые огнеупоры. 2025. № 5. С. 24 – 32.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2026.08.pp.030-040
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
