О СТРОЕНИИ СИСТЕМ SiC–B₄C–Me^d B₂ И ПЕРСПЕКТИВАХ СОЗДАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ

В приближении модели регулярных растворов проведено моделирование поверхности ликвидус в квазитройных эвтектических системах SiC–B₄C–Me^dB₂ (где Me^dB₂ – CrB₂, VB₂, NbB₂, TaB₂, TiB₂, ZrB₂, HfB₂, W₂B₅) на основании экспериментальных данных о граничных системах и индивидуальных соединениях. Выполнено сравнение расчетных данных с экспериментальными. Проанализированы закономерности строения диаграмм состояния систем SiC–B₄C–Me^dB₂. Отмечено закономерное снижение концентрации диборида в тройной эвтектике с ростом его температуры плавления. Построены корреляционные зависимости между температурой эвтектики и температурой плавления: t_эвт = f(t_пл ^MedB2), энтальпией образования диборида: t_эвт = f(ΔH_f ^MedB2). Характер зависимостей близок к наблюдавшимся ранее аналогичным зависимостям в граничных квазибинарных системах SiC–Me^dB₂ и B₄C–Me^dB₂. На основании анализа строения и параметров анализируемых систем сделан вывод о перспективности разработки на основе рассмотренных систем широкого спектра конструкционных и функциональных керамических материалов и покрытий, получаемых «свободным» спеканием, а также импульсными методами нагрева и консолидации.

.

карбид бора, карбид кремния, диборид титана, диборид хрома, эвтектика, фазовые равновесия, ликвидус, тугоплавкие соединения, сверхтвердые материалы

1. Thevenot F. Boron carbide — a comprehensive review // J. Eur. Ceram. Soc. 1990. Vol. 6. No. 4. P. 205—225.

2. Seifert H.J., Aldinger F. Phase equilibria in the Si—B— C—N system // High performance non-oxide ceramics I. Berlin Heidelberg: Springer, 2002. P. 1—58.

3. Андриевский Р.А. Микро- и наноразмерный карбид бора: синтез, структура и свойства // Успехи химии. 2012. Т. 81. No. 6. С. 549—559; Andrievski R.A. Micro- and nanosized boron carbide: synthesis, structure and properties // Rus. Chem. Rev. 2012. Vol. 81. No. 6. P. 549—559.

4. Орданьян С.С., Унрод В.И. Эвтектики в системах с участием тугоплавких соединений и их модели — спеченные композиции // Новые огнеупоры. 2005. No. 7. С. 42—48; Ordanyan S.S., Unrod V.I. Eutectics and their models, sintered composites, in systems of refractory materials // Refract. Ind. Ceram. 2005. Vol. 46. No. 4. P. 276-281.

5. Ordanyan S.S., Vikhman S.V., Nesmelov D.D., Danilovich D.P., Panteleev I.B. Nonoxide high-melting point compounds as materials for extreme conditions // Adv. Sci. Technol. 2014. Vol. 89. P. 47—56.

6. Sciti D., Silvestroni L., Medri V., Monteverde F. Sintering and densification mechanisms of ultra-high temperature ceramics // Ultra-high temperature сeramics: Materials for extreme environment applications. 2014. P. 112—143.

7. Van Dijen F.K., Mayer E. Liquid phase sintering of silicon carbide // J. Eur. Ceram. Soc. 1996. Vol. 16. No. 4. P. 413—420.

8. Can A., Herrmann M., McLachlan D.S., Sigalas I., Adler J. Densification of liquid phase sintered silicon carbide // J. Eur. Ceram. Soc. 2006. Vol. 26. No. 9. P. 1707—1713.

9. Gomez E., Echeberria J., Iturriza I., Castro F. Liquid phase sintering of SiC with additions of Y₂O₃, Al₂O₃ and SiO₂ // J. Eur. Ceram. Soc. 2004. Vol. 24. No. 9. P. 2895—2903.

10. Roy T.K., Subramanian C., Suri A.K. Pressureless sinte-ring of boron carbide // Ceram. Int. 2006. Vol. 32. No. 3. P. 227—233.

11. Kim H.W., Koh Y.H., Kim H.E. Densification and mechanical properties of B4C with Al2O3 as a sintering aid // J. Amer. Ceram. Soc. 2000. Vol. 83. No. 11. P. 2863—2865.

12. Dariel M.P., Frage N. Reaction bonded boron carbide: recent developments // Adv. Appl. Ceram. 2012. Vol. 111. No. 5—6. P. 301—310.

13. Голубева Н.А., Плясункова Л.А., Келина И.Ю., Антонова Е.С., Журавлев А.А. Исследование свойств реакционно-связанного карбида бора // Новые огнеупоры. 2014. No. 10. С. 42—47; Golubeva N.A., Plyasunkova L.A., Kelina I.Y., Antonova E.S., Zhuravlev A.A. Study of reaction-bonded boron carbide properties // Refr. Ind. Ceram. 2015. Vol. 55. No. 5. P. 414—418.

14. Rehman S.S., Ji W., Khan S.A., Fu Z., Zhang F. Microstructure and mechanical properties of B4C densified by spark plasma sintering with Si as a sintering aid // Ceram. Int. 2015. Vol. 41. No. 1. P. 1903—1906.

15. Kumazawa T., Honda T., Zhou Y., Miyazaki H., Hyuga H., Yoshizawa Y.I. Pressureless sintering of boron carbide ceramics // J. Ceram. Soc. Jap. 2008. Vol. 116. No. 1360. С. 1319—1321.

16. Rao S.R., Padmanabhan G., Rao P.V.C.S. Fabrication and tribological properties of Al—Si/B4C metal matrix composites // Int. J. Surface Eng. Interdiscipl. Mater. Sci. 2014. Vol. 2. No. 1. P. 74—84.

17. Landingham R.L. Cermets from molten metal infiltration processing: Pat. 8530363 (USA). 2013.

18. Luo Z., Song Y., Zhang S., Miller D.J. Interfacial micro-structure in a B4C/Al composite fabricated by pressureless infiltration // Metal. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43. No. 1. P. 281—293.

19. Schwetz K.A., Grellner W. The influence of carbon on the microstructure and mechanical properties of sintered boron carbide // J. Less-Common Met. 1981. Vol. 82. P. 37—47.

20. Suzuki H., Hase T., Maruyama T. Effect of carbon on sin-tering of boron carbide // J. Ceram. Soc. Jap. 1979. Vol. 87 (1008). P. 430—433.

21. Champagne B., Angers R. Mechanical properties of hot-pressed B—B4C materials // J. Amer. Ceram. Soc. 1979. Vol. 62. No. 3—4. P. 149—153.

22. Munhollon T., Kuwelkar K., Haber R. Processing of boron rich boron carbide by boron doping // Advances in ceramic armor X: A collection of papers presented at the 38th Intern. conf. on advanced ceramics and composites (27—31 Jan. 2014). John Wiley & Sons, Inc., 2015. P. 119—127.

23. Lee H., Speyer R.F. Pressureless sintering of boron carbide // J. Amer. Ceram. Soc. 2003. Vol. 86. No. 9. P. 1468—1473.

24. Weaver G.Q. Sintered high density boron carbide: Pat. 4320204 (USA). 1982.

25. Yamada S., Hirao K., Yamauchi Y., Kanzaki S. Sintering behavior of B4C—CrB2 ceramics // J. Mater. Sci. Lett. 2002. Vol. 21. No. 18. P. 1445—1447.

26. Yamada S., Hirao K., Yamauchi Y., Kanzaki S. Densification behaviour and mechanical properties of pressureless-sintered B4C—CrB2 ceramics // J. Mater. Sci. 2002. Vol. 37. No. 23. P. 5007—5012.

27. Yamada S., Hirao K., Yamauchi Y., Kanzaki S. B4C–CrB2 composites with improved mechanical properties // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. Vol. 23. No. 3. P. 561—565.

28. Li X., Jiang D., Zhang J., Lin Q., Chen Z., Huang Z. Pres-sureless sintering of boron carbide with Cr3C2 as sintering additive // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. Vol. 34. No. 5. P. 1073—1081.

29. Demirskyi D., Sakka Y. In situ fabrication of B4C—NbB2 eutectic composites by spark—plasma sintering // J. Amer. Ceram. Soc. 2014. Vol. 97. No. 8. P. 2376—2378.

30. Demirskyi D., Sakka Y. Fabrication, microstructure and properties of in situ synthesized B4C—NbB2 eutectic composites by spark plasma sintering // J. Ceram. Soc. Jap. 2015. Vol. 123. No. 1433. P. 33—37.

31. Орданьян С.С. О закономерностях взаимодействия в системах B4C—MeIV-VIB2 // Неорган. материалы. 1993. No. 5. С. 15—17.

32. Орданьян С.С. Закономерности взаимодействия в системах SiC—MeIV-VIB2 // Журн. прикл. химии. 1993. Т. 66. No. 11. C. 2439—2444.

33. Орданьян С.С., Вихман С.В., Кузнецов М.Н. Строение политермического разреза SiC—W2B5 системы B—C—Si—W // Огнеупоры и техн. керамика. 2004. No. 12. С. 2—4.

34. Удалов Ю.П., Валова Е.Е., Орданьян С.С. Получение и абразивные свойства эвтектических композиций в системе B4C—SiC—TiB₂ // Огнеупоры. 1995. No. 8. С. 2—3; Udalov Yu.P., Valova E.E., Ordan’yan S.S. Preparation and abrasive properties of eutectic compositions in the system B4C—SiC—TiB2 // Refractories. 1995. Vol. 36. No. 8. P. 233—234.

35. Li W.J., Tu R., Goto T. Preparation of directionally solidified B4C—TiB2—SiC ternary eutectic composites by a floating zone method and their properties // Mater. Trans. 2005. Vol. 46. No. 9. P. 2067—2072.

36. Grigor’ev O.N., Gogotsi G.A., Gogotsi Y.G., Subbotin V.I., Brodnikovskii N.P. Synthesis and properties of ceramics in the SiC—B4C—MeB2 system // Powder Metall. Metal Ceram. 2000. Vol. 39. No. 5—6. P. 239—250.

37. Богомол Ю.І., Лобода П.І., Головенько Я.Б. Структура та властивості квазіпотрійних спрямовано армованих композитів системи В4С—TiB2—SiC // Металознавство та обробка металів. 2015. No. 2. С. 37—42.

38. Chalgin A.V., Vikhman S.V., Ordan’yan S.S., Danilovich D.P., Nechaeva M.V. Principles of technology and mechanical properties of structural ceramics based on the ternary system SiC—B4C—CrB2 // MRS Proceedings. Cambridge University Press. 2015. Vol. 1765. imrc2014 s4a-o015.

39. Tu R., Li N., Li Q., Zhang S., Zhang L., Goto T. Micro-structure and mechanical properties of B4C—HfB2—SiC ternary eutectic composites prepared by arc melting // J. Eur. Ceram. Soc. 2016. Vol. 36. No. 4. P. 959— 966.

40. Tu R., Li N., Li Q.Z., Zhang S., Goto T., Zhang L.M. Preparation of B4C—ZrB2—SiC ternary eutectic composites by arc melting and their properties // Mater. Res. Innov. 2015. Vol. 19. Supl. 10. P. S10-26—S10-29.

41. Fahrenholtz W.G., Neuman E.W., Brown-Shaklee H.J., Hilmas G.E. Superhard boride—carbide particulate composites // J. Amer. Ceram. Soc. 2010. Vol. 93. No. 11. P. 3580—3583.

42. Udalov Y., Morozov Y. The program of calculation of fusibility curves of triple systems DIATRIS 1.2 (Algorithm, interface, and technical application) // 6th Intern. School-Conf. «Phase diagrams in materials science». 2001. P. 58—59.

43. Орданьян С.С., Гудовских П.С. Эволюция структуры волокон из эвтектики Al₂O₃—ZrO₂ (Y₂O₃) // Журн. прикл. химии. 1995. Т. 68. No. 12. С. 1955—1959.

44. Ordan’yan S.S., Gudovskikh P.S., Pigunova D.N. Ceramics based on cubic ZrO₂ (Y₂O₃) with addition of a fused Al₂O₃—ZrO₂ (Y₂O₃) eutectic // Refract. Ind. Ceram. 2004. Vol. 45. No. 1. P. 1—2.

45. Zhidkova T.V., Danilovich D.P., Ordanyan S.S. Joint synthesis of heterogeneous powders in the B₄C—SiC—TiB₂ system // Book of abstracts of the 14th Intern. conf. of European Ceramic Society (21—25 June 2015). Toledo (Spain). 2015. ID: 01800.

46. Жидкова Т.В., Данилович Д.П., Орданьян С.С. Особенности совместного карботермического синтеза порошков в системе SiC—B₄C—TiB₂ // Вторая Всерос. молодежная науч.-техн. конф. с междунар. участием «Инновации в материаловедении»: Сб. матер. (г. Москва, 1—4 июня 2015 г.). 2015. С. 293—294.