Выявление концентрационных зависимостей электропроводности композиционных материалов систем SiC‒TiN и SiC‒ZrN

С. Н. Перевислов

doi:10.17073/1683-4518-2019-10-27-32

Выявление концентрационных зависимостей электропроводности композиционных материалов систем SiC‒TiN и SiC‒ZrN

С. Н. Перевислов

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-10-27-32

Полный текст:

Аннотация

Предложено объяснение физической природы экспериментально установленных концентрационных зависимостей электропроводности керамических композиционных материалов системы SiCTiN(ZrN). Представлены модель структуры и методика расчета электропроводности композиционных материалов, а также экспериментальные зависимости электропроводности спеченных керамик системы SiC‒TiN(ZrN).

Ключ. слова

композиционные материалы, нанодисперсные порошки, субмикронные порошки, эвтектические системы, модель структуры, методика расчета электропроводности,

Об авторе

С. Н. Перевислов

ФГБУН «Институт химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН»
Россия
д. т. н.
Санкт-Петербург

Список литературы

1. Kim, K. J. Electrical and thermal properties of SiCAlN ceramics without sintering additives / K. J. Kim, Y. W. Kim, K. Y. Lim [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35. ― P. 2715‒2721.

2. Kim, K. J. Electrical and thermalproperties of silicon carbide-boron nitride composites prepared without sintering additives / K. J. Kim, T. Y. Cho, Y. W. Kim [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35. ― P. 4423‒4429.

3. Yeom, H. J. Electrical, thermal and mechanical properties of silicon carbide-silicon nitride composites sintered with yttria and scandia / H. J. Yeom, Y. W. Kim, K. J. Kim // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35. ― P. 77‒86.

4. Kim, K. J. Highly conductive SiC ceramics containing Ti2CN / K. J. Kim, K. M. Kim, Y. W. Kim // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 34. ― P. 1149‒1154.

5. Jang, S. H. Effects of Y2O3‒Re2O3 (Re = Sm, Gd, Lu) additives on electrical and mechanical properties of SiC ceramics containing Ti2CN / S. H. Jang, Y. W. Kim, K. J. Kim // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 36. ― P. 2997‒3003.

6. Kim, K. J. Temperature dependence of electrical resistivity (4‒300 K) in aluminum- and boron-doped SiC ceramics / K. J. Kim, K. Y. Lim, Y. W. Kim, H. C. Kim // J. Am. Ceram. Soc. ― 2013. ― Vol. 96. ― P. 2525‒2530.

7. Kim, K. J. Control of electrical resistivity in silicon carbideceramics sintered with aluminum nitride and yttria / K. J. Kim, K. Y. Lim, Y. W. Kim // J. Am. Ceram. Soc. ― 2013. ― Vol. 96. ― P. 3463‒3469.

8. Vodakov, Y. A. Doping peculiarities of SiC epitaxial layers grown by the sublimation Sandwich method / Y. A. Vodakov, E. N. Mokhov, M. G. Ramm, A. D. Roenkov // Springer Proc. Phys. ― 1992. ― Vol. 56. ― P. 329‒334.

9. Reshanov, S. A. Group III‒V impurities in β-SiC: lattice distortions and solubility / S. A. Reshanov, I. I. Parfenova, V. P. Rastegaev // Diamond Relat. Mater. ― 2001. ― Vol. 10, № 3‒7. ― P. 1278‒1282.

10. Tajima, Y. Solid solubility of aluminum and boron in silicon carbide / Y. Tajima, W. D. Kingery // J. Am. Ceram. Soc. ― 1982. ― Vol. 65. ― P. 27‒29.

11. Adachi, J. Thermal and electrical properties of zirconium nitride / J. Adachi, K. Kurosaki, M. Uno, S. Yamanaka // J. Alloys Compd. ― 2005. ― Vol. 399. ― P. 242‒244.

12. Muta, H. Thermophysical properties of several nitrides prepared by spark plasma sintering / H. Muta, K. Kurosaki, M. Uno, S. Yamanaka // J. Nucl. Mater. ― 2009. ― Vol. 389. ― P. 186‒190.

13. Harrison, R. On the fabrication of ZrCx N y from ZrO2 via two-step carbothermic reduction-nitridation / R. Harrison, O. Rapaud, N. Pradeilles [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35. ― P. 1413‒1421.

14. Harrison, R. W. Mechanism and kinetics of oxidation of ZrN ceramics / R. W. Harrison, W. E. Lee // J. Am. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 98. ― P. 2205‒2213.

15. Xuan, C. J. Wettability and corrosion of spark plasmasintered (SPS) ZrN by liquid iron and steel / C. J. Xuan, Z. Zhao, P. G. Jönsson // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 36. ― P. 2435‒2442.

16. Balog, M. Nano-versus macro-hardness of liquid phase sintered SiC / M. Balog, P. Sajgalik, M. Hnatko [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2005. ― Vol. 25. ― P. 529‒534.

17. Kim, Y. W. Heat-resistant silicon carbide with aluminum nitride and scandium oxide / Y. W. Kim, S. H. Lee, T. Nishimura, M. Mitomo // Acta Mater. ― 2005. ― Vol. 53. ― P. 4701‒4708.

18. Ortiz, A. L. A route for the pressureless liquid-phase sintering of SiC with low additive content for improved sliding-wear resistance / A. L. Ortiz, O. B. Lopez, M. Z. Quadir, F. Guiberteau // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2012. ― Vol. 32. ― P. 965‒973.

19. Herrmann, M. Electrochemical corrosion of silicon carbide ceramics in H2SO4 / M. Herrmann, K. Sempf, M. Schneider [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 34. ― P. 229‒235.

20. Kim, Y. W. Microstructure and thermal conductivity of silicon carbide with yttria and scandia / Y. W. Kim, K. Y. Lim, W. S. Seo // J. Am. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 97. ― P. 923‒928.

21. Liu, Y. Effect of nano-sized TiN additions on the electrical properties of vacuum cold sprayed SiC coatings / Y. Liu, Y. Y. Wang, G. J. Yang [et al.] // J. Therm. Spray Technol. ― 2010. ― Vol. 19, № 6. ― P. 1238‒1243.

22. Zhang, L. Preparation and properties of silicon carbide ceramics enhanced by TiN nanoparticles and SiC whiskers / L. Zhang, H. Yang, X. Guo, J. Shen, X. Zhu // Scripta Mater. ― 2011. ― Vol. 65, № 3. ― P. 186‒189.

23. Guo, X. Preparation and properties of nano-SiC-based ceramic composites containing nano-TiN / X. Guo, H. Yang, X. Zhu, L. Zhang // Scripta Mater. ― 2013. ― Vol. 68, № 5. ― P. 281‒284.

24. Jang, S. H. Electrical and thermal properties of SiCZr2 CN composites sintered with Y2O3‒Sc2O3 additives / S. H. Jang, Y. W. Kim, K. J. Kim // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 37, № 2. ― P. 477‒484.

25. Zschippang, E. Electrical resistivity of silicon nitride-silicon carbide based ternarycomposites / E. Zschippang, H. Klemm, M. Herrmann [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2012. ― Vol. 32. ― P. 157‒165.

26. Monteverde, F. Development and characterization of metal-diboridebased composites toughened with ultrafine SiC particulates / F. Monteverde, A. Bellosi // Solid State Sci. ― 2005. ― Vol. 7. ― P. 622‒630.

27. Wu, W. W. Synthesis and microstructure features of ZrB2‒SiC-based composites by reactive spark plasma sintering and reactive hot pressing / W. W. Wu, G. J. Zhang, Y. M. Kan [et al.] // Scr. Mater. ― 2007. ― Vol. 57. ― P. 317‒320.

28. Wu, W. W. Synthesis, microstructure andmechanical properties of reactively sintered ZrB 2‒SiC‒ZrN composites / W. W. Wu, G. J. Zhang, Y. M. Kan, Y. Sakka // Ceram. Int. ― 2013. ― Vol. 39. ― P. 7273‒7277.

29. Perevislov, S. N. Properties of SiC and Si3N4 based composite ceramic with nanosize component / S. N. Perevislov, D. D. Nesmelov // Glass and Ceramics. ― 2016. ― Vol. 73, № 7/8. ― P. 249‒252.

30. Nesmelov, D. D. Precipitation of the eutectic Al2O3 ZrO2 (Y2 O3 ) on the surface of SiC particles / D. D. Nesmelov, O. A. Kozhevnikov, S. S. Ordan’yan, S. N. Perevislov // Glass and Ceramics. ― 2017. ― Vol. 74, № 1/2. ― P. 43‒47.

31. Перевислов, С. Н. Микроструктура и механиче ские свойства LPSSiC-материалов с высокодисперсной спекающей добавкой / С. Н. Перевислов, И. Б. Пантелеев, А. П. Шевчик, М. В. Томкович // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 10. ― С. 42‒47. [Perevislov, S. N. Microstructure and mechanical properties of SiC-materials sintered in the liquid phase with the addition of a finely dispersed agent / S. N. Perevislov, I. B. Panteleev, A. P. Shevchik, M. V. Tomkovich // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 58, № 5. ― P. 577‒582.]

32. Lukianova, O. A. Electrical resistivity of silicon nitride produced by various methods / O. A. Lukianova, A. N. Khmara, S. N. Perevislov [et al.] // Ceram. Int. ― 2018. ― № 9.

33. Perevislov, S. N. Hot-pressed ceramic SiC‒YAG materials / S. N. Perevislov, A. S. Lysenkov, D. D. Titov, M. V. Tomkovich // Inorganic Mater. ― 2017. ― Vol. 53, № 2. ― P. 220‒225.

34. Cardinal, S. Microstructure and mechanical properties of TiC‒TiN based cermets for tools application / S. Cardinal, A. Malchere, V. Garnier, G. Fantozzi // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. ― 2009. ― Vol. 27. № 3. ― P. 521‒527.

35. Harrison, R. W. Processing and properties of ZrC, ZrN and ZrCN ceramics: a review / R. W. Harrison, W. E. Lee // Advances in Applied Ceramics. ― 2016. ― Vol. 115, № 5. ― P. 294‒307.

36. Орданьян, С. С. Физико-химический базис создания композиционных керамических материалов на основе тугоплавких соединений / С. С. Орданьян // Огнеупоры. ― 1992. ― № 9/10. ― С. 10‒14. [Ordan'yan, S. S. Physicochemical principles for creating composite ceramics based on refractory compounds / S. S. Ordan'yan // Refractories. ― 1992. ― Vol. 33, № 9/10. ― P. 411‒415.]

37. Пархоменко, Ю. Н. Технология получения, структура и свойства металлсодержащих нанокомпозитов с кремнийуглеродной матрицей / Ю. Н. Пархоменко, М. Д. Малинкович, Е. А. Скрылева, М. Л. Шупегин // Изв. вузов. Материалы электронной техники. ― 2005. ― № 3. ― С. 12‒16.

38. Орданьян, С. С. Эвтектики в системах с участием тугоплавких соединений и их модели ― спеченные композиции / С. С. Орданьян, В. И. Унрод // Новые огнеупоры. ― 2005. ― № 7 ― С. 42‒48. [Ordan'yan, S. S. Eutectics and their models, sintered composites, in systems of refractory materials / S. S. Ordan'yan, V. I. Unrod // Refract. Ind. Ceram. ― 2005. ― Vol. 46, № 4. ― Р. 276‒281.]

39. Бардаханов, С. П. Свойства керамики, полученной из нанодисперсных порошков / С. П. Бардаханов, А. В. Ким, В. И. Лысенко [и др.] // Неорганические материалы. ― 2009. ― Т. 45, № 3. ― С. 379‒385.

40. Орданьян, С. С. О некоторых тройных системах с участием тугоплавких соединений как основе композиционных керамоматричных материалов / С. С. Орданьян, Д. П. Данилович, Д. Д. Несмелов, В. И. Румянцев // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2010. ― № 7/8. ― С. 21‒25.

41. Кондрашов, С. В. Перспективные технологии получения функциональных материалов конструкционного назначения на основе нанокомпозитов с УНТ (обзор) / С. В. Кондрашов, К. А. Шашкеев, О. В. Попков, Л. В. Соловьянчик // Труды ВИАМ. ― 2016. ― Т. 39, № 3. ― С. 54‒64.

42. Орданьян, С. С. Об аномалии концентрационных зависимостей теплопроводности керамик в системах TiN‒AlN, ZrC‒ZrB2 со структурой «эвтектик грубо го конгломерата» / С. С. Орданьян, Ю. П. Заричняк, Е. С. Бальнова // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. ― 2012. ― № 2. ― С. 33‒37.

43. Аронова, Т. А. Модель электропроводности композиционного материала / Т. А. Аронова // Динамика систем, механизмов и машин. ― 2004. ― № 2. ― С. 186‒188.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Перевислов С.Н. Выявление концентрационных зависимостей электропроводности композиционных материалов систем SiC‒TiN и SiC‒ZrN. Новые огнеупоры. 2019;(10):27-32. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-10-27-32

For citation: Perevislov S.N. Identification of concentration dependences of the electrical conductivity of composite materials of SiC‒TiN and SiC‒ZrN systems. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2019;(10):27-32. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-10-27-32

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль