ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИЦИОННАЯ СВС-КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ TIB2–ALN–BN

В работе исследованы структура, фазовый состав и электропроводность композиционной керамики на основе TiB2–AlN– BN, полученной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Измерения зависимости удельного электросопротивления от температуры проводились в диапазоне Т = 300÷1300 K в вакууме 2·10–3 Па по стандартной 4-точечной методике на постоянном токе. Установлено, что с повышением содержания TiB2 в исходной смеси от 60 до 80 мас.% и снижением концентрации Al от 20 до 40 мас.% содержания TiN и ВN в продуктах синтеза увеличиваются, а TiB2 и AlN уменьшаются вследствие реагирования TiB2 с азотом. Снижение концентрации Al в исходной смеси приводит к уменьшению содержания AlN в продуктах синтеза. Полученные результаты показали несовпадение кривых электросопротивления ρ(Т) при цикле нагрев–охлаждение для всех составов керамики, что связано с изменением зоны контактов проводящих фаз в области Т = 800÷1200 К. Обнаружены три характерных температурных области: (I) от 300 до 800 К, когда значения ρ монотонно возрастают с повышением температуры, при этом кривые ρ(Т) нагрева и охлаждения полностью совпадают; (II) при Т = 800÷1200 К поведение электросопротивления меняется – его значения сильно зависят от режима термообработки образца; (III) при Т > 1200 К наблюдается совпадение кривых нагрева–охлаждения.

удельное электросопротивление, проводящая керамика, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, диборид титана, нитрид алюминия

1. Weimer W. Carbide, nitride and boride materials: synthesis and processing. London: Chapman&Hall, 1997.

2. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соединений // ДАН СССР. 1972. Т. 204. No. 2. С. 366—369.

3. Borovinskaya I.P., Bunin V.A., Vishnyakova G.A., Karpov A.V. Some specific features of synthesis and characteristics of (TiB2—AlN—BN)-based ceramic materials // Int. J. SHS. 1999. Vol. 8. No. 4. P. 451—457.

4. Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Combustion for materials synthesis. NY: CRC Press, Taylor and Francis, 2015.

5. Zhou L., Zheng Y., Du Sh. Fabrication of BN—AlN—TiB2 compound conductive ceramics by self-propagating high temperature synthesis and hot isostatic pressing // Key Eng. Mater. 2007. Vol. 336. P. 786—789.

6. Бунин В.А., Карпов А.В., Сенковенко М.Ю. Особенности синтеза, структуры и свойства керамики в системе TiB2—AlN // Неорган. матер. 2002. Т. 38. No. 7. С. 892—896.

7. Mattia D., Desmaison-Brut M., Tétard D., Desmaison J. Wetting of HIP AlN—TiB2 ceramic composites by liquid metals and alloys // J. Eur. Ceram. Soc. 2005. Vol. 25. No. 10. P. 1797—1803. DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2004.12.012.

8. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. М.: Машиностроение, 2007.

9. Son M.J., Kang S.S., Lee E.-A., Kim K.H. Properties of TiBN coating on the tool steels by PECVD and its applications // J. Mater. Proces. Technol. 2002. Vol. 130. P. 266—271. DOI: 10.1016/S0924-0136(02)00748-3.

10. Cao Y., Hu Z., Yan L., Yu F., Tu W. Self-forming TiBN nanocomposite multilayer coating prepared by pulse cathode Arc method // Nanoscale Res. Lett. 2016. Vol. 11. P. 349. DOI: 10.1186/s11671-016-1564-9.

11. Карпов А.В., Морозов Ю.Г., Бунин В.А., Боровинская И.П. Влияние оксида иттрия на электропроводность нитридной СВС-керамики // Неорган. матер. 2002. Т. 38. No. 6. С. 762—766.

12. Pease R.S. An X-ray study of boron nitride // Acta Crystallograph. 1952. Vol. 5. P. 356—361.

13. Aigner K., Lengauer W., Rafaja D., Ettmayer P. Lattice parameters and thermal expansion of Ti(CxN1–x), Zr(CxN1–x), Hf(CxN1–x) and TiN1–x from 298 to 1473K as investigated by high-temperature X-ray diffraction // J. Alloys and Compnd. 1994. Vol. 215. P. 121—126.

14. Naicahigashi K., Ishibashi H., Minamigawa S. Electron density distribution in AlN from powder X-ray diffraction data by the maximum-entropy method // Phys. Chem. Solids. 1993. Vol. 54. P. 445—452.

15. Moehr S., Mueller-Buschbaum H.M., Grin Yu., von Schnering Y.G. H—TiO oder TiB,? — eine Korrektur // Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie. 1996. Bd. 622. No. 6. S. 1035—1037.DOI: https://doi. org/10.1002/zaac.19966220618

16. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. М.: Высш. шк., 1982.

17. Андриевский Р.А., Калинников Г.В., Кобелев Н.П., Сойфер Я.М., Штанский Д.В. Структура и физико-механические свойства наноструктурных боронитридных пленок // ФТТ. 1997. Т. 39. No. 10. С. 1859—1864.