Page 30 - Zmist-n4-2015

Результати та їх обговорення. Сплави, створені методом пресування і ва-
куумного спікання багатокомпонентних (гетерогенних) порошкових сумішей, до-
сягають потрібних для практичного використання фізико-механічних характе-
ристик лише за умови отримання під час спікання хімічної і мікроструктурної
однорідності та густини, максимально наближеної до теоретичних значень (97% і
вище), зі збереженням на допустимому рівні кінцевого вмісту сторонніх домішок
(в тому числі водню, а також кисню, вуглецю тощо). Для формування відповід-
них структурних станів сплавів, синтезованих з порошку гідриду цирконію та су-
мішей порошків гідридів цирконію і титану, порівнювали особливості процесів,
що відбуваються під час нагрівання цих порошків.
Встановили, що фазові перетворення під час десорбції водню з пресованих
порошків гідриду цирконію за їх вакуумного нагріву якісно подібні до раніше
спостережуваних під час нагрівання гідриду титану [7], зокрема, TiH 2 і ZrH 2 виді-
ляють водень, поступово перетворюючись у метали, а зниження концентрації
водню в їх кристалічних ґратках призводить до послідовності фазових перетво-
рень MeH 2 ® b(ОЦК) ® a(ГПУ). У той же час температурні діапазони цих пере-
творень та десорбції водню для цирконію вищі на 150…200°С, ніж для титану, в
аналогічних умовах нагрівання. За відносно повільного (7 K/min) нагріву у висо-
–4
кому стартовому вакуумі (10 Pа) (рис. 1) інтенсивна десорбція водню під час
перетворення ZrH 2 ® Zr завершується при ~800°С, а за перетворення TiH 2 ® Ti –
при 600°С. За швидшого нагрівання температура завершення десорбції водню
для обох металів зміщується у бік вищих значень і закінчується процес з досяг-
ненням безпечного (щоб уникнути “водневої крихкості”) вмісту водню в матеріа-
лах (менше 0,01%) за досить високих швидкостей нагрівання (20°С/min і вище)
при температурах спікання 1250…1350°С.

Рис. 1. Температурна залежність
інтенсивності десорбції водню під час
нагрівання у вакуумі гідридів титану (1)
та цирконію (2) зі швидкістю 7°C/min.
Fig. 1. Intensity of hydrogen desorption
under vacuum heating of titanium hydride
(1) and zirconium hydride (2).
Heating rate 7°C/min.

Зниження концентрації водню в кристалічних ґратках обох металів призво-
дить до значних об’ємних ефектів (усадки), а вище температурного інтервалу де-
сорбції водню (приблизно з 800°С) їх обумовлює спікання частинок. Незважаючи
на це, дилатометричні криві нагрівання пресованих порошків гідридів цирконію і
титану суттєво різняться (рис. 2). Перші – деяким збільшенням лінійних розмірів
(розпухання) на початковій стадії десорбції водню з появою на дилатометричній
кривій характерного “горба”. Такий ефект пояснюють накопиченням у спресова-
них частинках ZrH 2 значної пружної енергії, пропорційної модулю Юнґа гідриду
цирконію (125…135 GPа [9]), що суттєво перевищує модуль Юнґа цирконію
(95 GPа). Термічне розширення під час нагрівання спресованих частинок ZrH 2 та
їх стиск за початкового виходу водню порушують зчеплення між ними з заро-
дженням мікротріщин та збільшенням пустот у них, внаслідок чого релаксує на-
копичена пружна енергія. Певну роль тут може відігравати і тиск водню в мікро-
пустотах між спресованими частинками, внаслідок чого вони розсуваються. На-
впаки, модуль Юнґа гідриду титану значно менший (40…50 GPа [10]), через що

29