Изучение возможности получения плотных материалов на основе твердого раствора AlN-SiC в одну стадию методом СВС-газостатирования
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-3-34-40
Аннотация
Проведены исследования процессов синтеза и спекания твердого раствора (AlN)x(SiC)1–x в условиях CВC-газостатирования при высоких давлениях (до 110 МПа) газообразного азота. Изучено фазообразование в процессе горения смесей алюминия и карбида кремния с разным количеством горючей составляющей (количество алюминия от 35 до 60 мас.%). Показано, что оптимальное содержание алюминия в смеси с карбидом кремния для получения однофазного твердого раствора (с полным превращением Al в AlN, а также без диссоциации SiC) составляет 45–50 мас.%. Использование шихты, включающей 55–60 мас.% Al, приводит к избыточно высоким температурам, что, в свою очередь, влечет за собой разложение карбида кремния до элементов Si + C. Определены оптимальные параметры для получения плотного материала в одну стадию. Измеренные пористость и плотность полученных материалов показали, что для образцов с 50 мас.% Al существенное значение на конечную плотность оказывает предварительное прессование: при давлении прессования 10 МПа достигнута максимальная плотность. Установлено, что добавка 5 мас.% оксида иттрия повышает плотность материала почти на 10 %. Подобное влияние оказывает также повышение начального давления газа с 80 до 110 МПа. В этом случае максимальная плотность полученных образцов достигала 2,7 г/см3, что составляет 83 % от ее теоретического значения. Общая объемная усадка полученного материала была 10 ± 0,5 %, что можно практически полностью нивелировать добавкой 3 мас.% бора. Микротвердость образцов составила 2000 кг/мм2.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН № КП22.
Об авторах
Т. Г. Акопджанян
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия
Россия
Акопджанян Т.Г. - канд. техн. наук, науч. сотрудник лаборатории самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Е. А. Чемагина
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия
Россия
Чемагина Е.А. - инженер-исследователь лаборатории CВC
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
И. П. Боровинская
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия
Россия
Боровинская И.П. - докт. хим. наук, профессор
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Список литературы
1. Kobayashi R., Tatami J., Wakihara T., Meguro T., Komeya K. Electrical properties of AlN—SiC ceramics. Key Eng. Mater. 2006. No. 317-318. P. 641—644. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.317-318.641.
2. Kobayashi R., Tatami J., Chen I., Wakihara T., Komeya K Meguro T., Goto T., Tu R., Zangvil A. High temperature mechanical properties of dense AlN—SiC ceramics fabricated by spark plasma sintering without sintering additives. J. Amer. Ceram. Soc. 2011. Vol. 94. No. 12. P. 4150–4153. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04901.x.
3. Kobayashi R., Tatami J., Wakihara T., Komeya K., Meguro T., Tu R., Goto T. Evaluation of grain-boundary conduction of dense AlN—SiC solid solution by scanning nonlinear dielectric microscopy. J. Amer. Ceram. Soc. 2010. Vol. 93. Iss. 12. P. 4026—4029. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2010.04230.x.
4. Cutler I.B., Miller P.D., Rafaniello W., Park H.K., Thompson D.P., Jack K.H. New materials in the Si—C—Al—O—N and related systems. Nature. 1978. Vol. 275. No. 5679. P. 434—435. DOI: 10.1038/275434a0.
5. Kurbanov M.K., Bilalov B.A., Safaraliev G.K., Ramazanov Sh. Effect of sublimation epitaxy conditions on the properties of (SiC)1–x(AlN)x solid solutions. Inorg. Mater. 2007. Vol. 43. No. 12. P. 1301. DOI: 10.1134/S0020168507120084.
6. Ruh R., Zangvil A., Barlowe J. Elastic properties of SiC—AlN and their solid solutions and practiculate composites. Amer. Ceram. Soc. Bull. 1985. Vol. 64. No. 10. P. 1368—1373.
7. Курбанов М.К., Сафаралиев Г.К., Билалов Б.А., Гусей-нов М.К. Получение твердых растворов (SiC)1–x(AlN)x. Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. No. 4. С. 13—16.
8. Rafaniello W., Cho К., Virkar A.V. Fabrication and characterization of SiC—A1N alloys. J. Mater. Sci. 1981. Vol. 16. No. 12. P. 3478–3479.
9. Lee R.R., Wei W.C. Fabrication, microstructure, and properties of SiC—AIN ceramic alloys. Ceram. Eng. Sci. Proc. 1990. Vol. 11. No. 7-8. P. 1094—1121.
10. Xu Y., Zangvil A., Landon M., Thevenot F. Microstructure and mechanical properties of hotpressed silicon carbide—aluminum nitride compositions. J. Amer. Ceram. Soc. 1992. Vol. 75. No. 2. P. 325—333. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1992.tb08182.x.
11. Сафаралиев Г.К., Таиров Ю.М., Цветков В.Ф., Шабанов Ш.Ш., Пащук В.Г., Офицерова Н.В., Авров Д.Д., Садыков С.А. Получение и свойства поликристаллических твердых растворов SiC—AlN. Физика и техника полупроводников. 1993. Vol. 27. No. 3. P. 402—408.
12. Juang R.C., Chen C.C., Kuo J.C., Huang T.Y., Li Y.Y. Combustion synthesis of hexagonal AlN—SiC solid solution under low nitrogen pressure. J. Alloys Compd. 2009. Vol. 480. Iss. 2. P. 928—933. DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.02.102.
13. Kexin Ch., Haibo J., Zhou H., Ferreira J. Combustion synthesis of AlN—SiC solid solution particles. J. Eur. Ceram. Soc. 2000. No. 20. P. 2601—2606. DOI: 10.1016/S0955-2219(00)00119-9.
14. Xue H., Munir Z.A. Synthesis of AlN—SiC composites and solid solutions by field-activated self-propagating combustion. J. Eur. Ceram. Soc. 1997. Vol. 17. No. 15-16. P. 1787—1792. DOI: 10.016/S0955-2219(97)00075-7.
15. Kexin C., Haibo J., Heping Z., Ferreira J. Combustion synthesis of AlN—SiC solid solution particles. J. Eur. Ceram. Soc. 2000. Vol. 20. No. 26. P. 1—6. DOI: 10.1016/S0955-2219(00)00119-9.
16. Li Zh., Jiang J.X., Wei Y.P., Yan M., Chen Y.L., Chang Y.Self-combustion synthesis of AlN—SiC solid solution powder in air with assistance of highenergy mechanical milling. Adv. Mater. Res. 2013. No. 629. P. 39—43. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.629.39.
17. Ruh R., Zangvil A. Composition and properties of hotpressed SiC—AIN solid solutions. J. Amer. Ceram. Soc. 1982. Vol. 65. No. 5. P. 260—265. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1982.tb10429.x.
18. Li J.-F., Watanabe R. Preparation and mechanical properties of SiC—AlN ceramic alloy. J. Mater. Sci. 1991. Vol. 26. No. 17. P. 4813—4817. DOI: 10.1007/BF00612422.
19. Bu W., Xu J., Qiu T. Investigation of reaction synthesis of AlN—SiC solid solution. J. Mater. Sci. Let. 2002. No. 21. P. 731–732. DOI: 10.1023/A:1015745307820.
20. Merzhanov A.G., Borovinskaya I.P. A new class of combustion processes. Combust. Sci. Technol. 1975. Vol. 10. No. 5-6. P. 195—201.
21. Mukasyan A.S., Stepanov B.V., Galchenko Yu.A., Borovinskaya I.P. Mechanism of silicon nitride structure formation at silicon combustion in nitrogen. Combust., Explos. Shock Waves. 1990. Vol. 26. No. 1. P. 39—45.
22. Zakorzhevskii V.V., Borovinskaya I.P. Combustion synthesis of submicron AlN particles. Inorg. Mater. 2015. Vol. 51. No. 6. P. 566—571. DOI: 10.1134/S0020168515060187.
Рецензия
Для цитирования:
Акопджанян Т.Г., Чемагина Е.А., Боровинская И.П. Изучение возможности получения плотных материалов на основе твердого раствора AlN-SiC в одну стадию методом СВС-газостатирования. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020;(3):34-40. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-3-34-40
For citation:
Akopdzhanyan T.G., Chemagina E.A., Borovinskaya I.P. Study into the feasibility of obtaining dense materials based on AlN-SiC solid solution in one stage by SHS gasostatiс processing. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2020;(3):34-40. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-3-34-40
Просмотров:
527
Послать статью по эл. почте 