О роли объемных и массовых эффектов реакций в процессах реакционного спекания
Аннотация
Обсуждаются особенности получения керамических пористых и плотных композиционных материалов на основе соединений системы Si–C–O–N с участием химических реакций и образованием новых фаз. Предпринята попытка анализа сравнительно новых технологий в терминах, развитых в ранних работах по реакционному спеканию нитрида, карбида и оксинитрида кремния. Показано, что подход к реакционному спеканию, заключающийся в выборе перспективных реакционных систем с учетом объемных эффектов реакций, протекающих в ходе получения материала, может быть распространен на случай получения пористых и высокопористых материалов. Если для получения плотных материалов применяются реакционные системы с положительными объемными эффектами, то при создании высокопористых материалов могут быть использованы реакционные системы с отрицательными объемными эффектами.
Об авторах
В. Н. Анциферов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)
Россия
Россия
докт. техн. наук, проф., акад. РАН, научный рук-ль Научного центра порошкового материаловедения ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29).
В. Г. Гилев
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)
Россия
канд. техн. наук, ст. науч. сотр. этого Центра
Россия
канд. техн. наук, ст. науч. сотр. этого Центра
Список литературы
1. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия, 1984.
2. Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы. М.: Металлургия, 1977.
3. Гузман И.Я. Исследования в области реакционного спекания керамики на основе соединений кремния в системе Si—C—O—N: Автореф. дис. … докт. техн. наук. М.: МХТИ, 1979.
4. Шиманский А.Ф. Физикохимия композиционных и керамических материалов. Лекция 13. Реакционное спекание. URL: http://www.twirpx.com/file/736480/ (дата обращения 22.09.2015).
5. Гилев В.Г. Реакционное спекание с отрицательными объемными эффектами // Неорган. материалы. 2002. Т. 38. No. 3. С. 371—377.
6. Анциферов В.Н., Гилев В.Г. Мембранно-пористые материалы из сиалона // Огнеупоры и техн. керамика. 2001. No. 2. С. 2—8.
7. Гилев В.Г. Синтез микро- и нанопористых материалов из карбида кремния в ультрадисперсных реакционных системах // Журн. прикл. химии. 2004. Т. 77. No. 4. С. 538—543.
8. Suh M.H., Kwon W.-T., Kim E.B., Kim S.-R., Bae S.Y., Choi D.J., Kim Y. H2 permeable nanoporous SiC membrane for an IGCC application // J. Ceram. Process. Res. 2009. Vol. 10. No. 3. P. 359—363.
9. Zhao H., Liu Z., Yang Y., Liu X., Zhang K., Li Z. Preparation and properties of porous silicon carbide ceramics through сoat-mix and composite additives process // Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2011. Vol. 21. No. 6. P. 1329–1334.
10. Yang H., Zhao H., Li Z., Zhang K., Liu X., Tang C. Microstructure evolution process of porous silicon carbide ceramics prepared through coat-mix method // Ceram. Int. Vol. 38. No. 4. P. 2213—2218.
11. Zhu S., Ding S., Xi H., Ruoding Wang R. Low-temperature fabrication of porous SiC ceramics by preceramic polymer reaction bonding // Mater. Lett. 2005. Vol. 59. No. 5. P. 595—597.
12. Zhu S., Hong-An Xi, Li Q., Wang R. In situ growth of β-SiC nanowires in porous SiC ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. 2005. Vol. 88. No. 9. P. 2619—2621.
13. Zhu S., Ding S., Xi H., Li Q., Wang R. Preparation and characterization of SiC/cordierite composite porous ceramics // Ceram. Int. 2007. Vol. 3. No. 1. P. 115—118.
14. Shan S.-Y., Yang J.-F., Gao J.-Q. Porous silicon nitride ceramics prepared by reduction—nitridation of silica // J. Amer. Ceram. Soc. 2005. Vol. 88. No. 9. P. 2594—2596.
15. Lu Y., Yang J., Lu W., Liu R., Qiao G., Bao C. Porous silicon nitride ceramics fabricated by carbothermal reductionreaction bonding // Mater. Manuf. Processes. 2011. Vol. 26. No. 6. P. 855—861.
16. Diaz A., Hampshire S., Yang J.-F., Ohji T., Kanzaki S. Comparison of mechanical properties of silicon nitrides with controlled porosities produced by different fabrication routes // J. Amer. Ceram. Soc. 2005. Vol. 88. No. 3. P. 698—706.
17. Dechang Jia, Yingfeng Shao, Boyang Liu, Yu Zhou. Characterization of porous silicon nitride/silicon oxynitride composite ceramics produced by sol infiltration // Mater. Chem. Phys. 2010. Vol. 124. No. 1. P. 97—101.
18. Jiang G.-P., Yang J.-F., Gao J.-Q. Extrusion of porous silicon nitride using different binders // J. Ceram. Process. Res. 2010. Vol. 11. No. 1. Р. 126—128.
19. Karunaratne B.S.B., Kim H.-D. Fabrication of low cost shirinkage-free porous sialon ceramics // J. Ceram. Process. Res. 2009. Vol. 10. No. 5. Р. 581—588.
20. Xu X., Fu R., Chen K., Ferreira J.M.F. Cost-effective fabrication of porous α-SiAlON bonded β-SiAlON ceramics // Mater. Lett. 2005. Vol. 59. No. 19—20. P. 2601—2604.
21. Yue J., Dong B., He E., Wang H. Porous β-SiAlON ceramic with closed packed macropore // Mater. Manuf. Processes. 2011. Vol. 26. No. 9. P. 1229—1232.
22. Шведков Е.Л., Денисенко Э.Т., Ковенский И.И. Словарь-справочник по порошковой металлургии. Киев: Наук. думка, 1982.
23. Гордеев С.К. Трехмерные углеродные наноматериалы // Вопр. материаловедения. 2008. No. 2. С. 163—174.
24. Гегузин Я.И. Физика спекания. М.: Наука, 1984.
25. Гузман И.Я., Литвин Ю.Н., Путря Е.В. Кинетика окисления керамики из нитрида и оксинитрида кремния // Огнеупоры. 1974. No. 2. С. 47—52.
26. Роrz F., Тhummler F. Oxidation mechanism of porous silicon nitride // J. Mater. Sci. 1984. Vol. 19. No. 4. Р. 1283—1285.
27. Аndriеvskii R.А. Nanocrystalline high melting point compound-based materials // J. Mаter. Sci. 1994. Vol. 29. Р. 614—631.
28. Анциферов В.Н., Гилев В.Г., Рабинович А.И. Триботехнические свойства композиционных материалов Al—SiС и Al—SiС—МnS, полученных инфильтрацией преформ на основе нанопористой керамики // Огнеупоры и техн. керамика. 2005. No. 3. С. 2—6.
29. Ciora R.J., Fayyaz B., Liu P.K.T., Suwanmethanond V., Mallada R., Sahimi M., Tsotsis T.T. Preparation and reactive applications of nanoporous silicon carbide membranes // Chem. Eng. Sci. 2004. Vol. 59. No. 22—23. P. 4957—4965.
30. Гордеев С.К., Жуков С.Г., Данчукова Л.В., Экстрем Т.С. Особенности получения композиционных материалов на основе алмаза, карбида кремния и кремния при низких давлениях // Неорган. материалы. 2001. Т. 37. No. 6. С. 691—696.
31. Гордеев С.К., Жуков С.Г., Данчукова Л.В. Новые возможности применения износостойких алмазных композиционных материалов // Iнструм. cвiт. 2003. No. 2 (18). С. 4—6.
32. Ипполитов Н.Г. К вопросу надежности осевых опор // Нефтегаз. машиностроение. 2006. No. 12. С. 64.
33. Sheppard C.M., MacKenzie K.J.D., Barris G.C., Meinhold R.H. A new silicothermal route to the formation of X-phase sialon: the reaction sequence in the presence and absence of Y2O3 // J. Europ. Ceram. Soc. 1997. Vol. 17. No. 5. P. 667—673.
34. Sheppard C.M., MacKenzie K.J.D., Ryan M.J. The physical properties of sintered X-phase sialon prepared by silicothermal reaction bonding // J. Europ. Ceram. Soc. 1998. Vol. 18. No. 3. P. 185—191.
35. Jamshidi A., Nourbakhsh A.A., Jafari M., Naghibi S. Combination of mechanical activation and silicothermal reduction and nitridation process to form X-sialon by using andalusite precursor // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2012. Vol. 555. No. 1. P. 112—120.
36. Rouquié Y., Jones M.I., Brown I.W., White G.V. Influence of nitrogen overpressure on the nitridation, densification and formation of β-SiAlONs produced by silicothermal reduction // J. Europ. Ceram. Soc. 2013. Vol. 33. No. 4. P. 859—867.
37. Анциферов В.Н., Гилев В.Г. Реакционное спекание нетрадиционных систем // Физико-химические проблемы создания новых конструкционных керамических материалов. Сырье, синтез, свойства: Тез. докл. IV Всерос. конф. (г. Сыктывкар, 4—8 июня 2001 г.). Сыктывкар, 2002. С. 12—13. URL: http://chemi.komisc. ru/old/pdf/conf/conf1-2001-abs-content.pdf (дата обращения 22.09.2015).
38. Гилев В.Г. ИК-спектры и структура фаз системы Si—Al—O—N, полученных карботермическим восстановлением и одновременным азотированием каолина // Неорган. материалы. 2001. No. 10. С. 1224—1229.
39. Antsiferov V.N., Gilyov V.G., Karmanov V.I. IR-spectra and phases structure of sialons // Vibr. Spectrosc. 2002. Vol. 30. No. 2. P. 169—173.
40. Гилев В.Г., Бусовикова Т.М., Логинов М.Г. Пористые карбидокремниевые материалы, реакционно спеченные при отрицательных объемных эффектах // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2003. No. 1. С. 58—64.
41. Гордеев С.К., Вартанова А.В. Изменение пористости в процессе получения карбидных материалов и создания на их основе компактных углеродных адсорбентов // Журн. прикл. химии. 1994. Т. 67. No. 7. C. 1080—1084.
42. Larsson P., Axйn N., Akdogan G., Ekstrцm T., Gordeev S. Wear of chromium carbide-copper composites with continuous phases // Tribol. Lett. 2004. Vol. 16. No. 1—2. Р. 59—64.
43. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пос. / Под ред. В.Н. Анциферова. М.: Машиностроение-1, 2007.
44. Андриянов Д.И., Амосов А.П., Самборук А.Р. Использование гранулирования в технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения пористого карбида титана // Вестн. Самарского гос. технич. ун-та. Сер. Техн. науки. 2014. No. 3 (43). С. 73—80.
45. Андриянов Д.И., Амосов А.П., Латухин Е.И., Самборук А.Р., Байриков И.М., Щербовских А.Е. Получение биосовместимых пористых материалов на основе моноборида титана методом СВС // Вестн. Самарского гос. техничун-та. Сер. Техн. науки. 2011. No. 4 (32). С. 96—101.
46. Verezub O.N., Kálazi Z., Buza G., Boross P., Vero B., Kaptay G. Surface metal matrix composite Fe—Ti—C/TiC layers produced by laser melt injection technology // Int. conf. «Advanced metallic materials» (Smolenice, Slovakia, 5—7 Nov. 2003). Р. 297—300.
47. Гилев В.Г., Морозов Е.А. Лазерное инжекционное легирование аустенитного чугуна ЧН16Д7ГХ титаном // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2015. No. 3. C. 44—52.
Для цитирования:
Анциферов В.Н., Гилев В.Г. О роли объемных и массовых эффектов реакций в процессах реакционного спекания. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015;(4):9-20. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-4-9-20
For citation:
Antsiferov V.N., Gilev V.G. The role of bulk and mass effects of reactions in reaction sintering processes. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2015;(4):9-20. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-4-9-20
Просмотров: 514
Послать статью по эл. почте 