.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Структура и механические свойства горячепрессованной композиционной керамики W2B5‒ZrB2‒SiC‒B4C
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-27-33
Аннотация
Высокоплотный керамический материал (97 % от теоретической плотности) получен из смеси предварительно измельченных порошков W2B5, ZrB2, SiC и B4C методом горячего прессования с выдержкой в течение 15 мин при 1850 °С и давлении 30 МПа в атмосфере аргона. Структура и состав материала исследованы методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Определены твердость по Виккерсу (19,3 ГПа), коэффициент трещиностойкости (5,7 МПа·м1/2) и предел прочности при изгибе (695 МПа).
Об авторах
Д. Д. НесмеловРоссия
Кандидат технических наук
Санкт-Петербург
С. С. Орданьян
Россия
Доктор технических наук
Санкт-Петербург
Ю. П. Удалов
Россия
Доктор химических наук
Санкт-Петербург
Список литературы
1. Akopov, G. Perspective: superhard metal borides: a look forward / G. Akopov, L. E. Pangilinan, R. Mohammadi [et al.] // APL Materials. ― 2018. ― Vol. 6, № 7. ― P. 070901.
2. Ordanyan, S. S. Nonoxide high-melting point compounds as materials for extreme conditions / S. S. Ordanyan, S. V. Vikhman, D. D. Nesmelov [et al.] // Advances in Science and Technology. ― 2014. ― Vol. 89. ― P. 47‒56.
3. Ordanyan, S. S. Revisiting the structure of SiC‒B4C‒MedB2 systems and prospects for the development of composite ceramic materials based on them / S. S. Ordanyan, D. D. Nesmelov, D. P. Danilovich, Yu. P. Udalov // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. ― 2017. ― Vol. 58, № 5. ― P. 545‒551. [Орданьян, С. С. О строении систем SiC‒B4C‒MedB2 и перспективах создания композиционных керамических материалов на их основе / С. С. Орданьян, Д. Д. Несмелов, Д. П. Данилович, Ю. П. Удалов // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. ― 2016. ― № 4. ― С. 41‒50.]
4. Zhang, H. Pressureless sintering of ZrB2‒SiC ceramics: the effect of B4C content / H. Zhang, Y. Yan, Z. Huang [et al.] // Scripta Mater. ― 2009. ― Vol. 60, № 7. ― P. 559‒562.
5. Zhang S. C. Pressureless sintering of ZrB2‒SiC ceramics / S. C. Zhang, G. E. Hilmas, W. G. Fahrenholtz // J. Am. Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 91, № 1. ― P. 26‒32.
6. Nayebi, B. Influence of vanadium content on the characteristics of spark plasma sintered ZrB2‒SiC‒V composites / B. Nayebi, Z. Ahmadi, M. S. Asl [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2019. ― Vol. 805. ― P. 725‒732.
7. Watts, J. Mechanical characterization of ZrB2‒SiC composites with varying SiC particle sizes / J. Watts, G. Hilmas, W. G. Fahrenholtz // J. Am. Ceram. Soc. ― 2011. ― Vol. 94, № 12. ― P. 4410‒4418.
8. Monteverde, F. Ultra-high temperature HfB2‒SiC ceramics consolidated by hot-pressing and spark plasma sintering / F. Monteverde // J. Alloys Compds. ― 2007. ― Vol. 428, № 1/2. ― P. 197‒205.
9. Monteverde, F. Microstructure and properties of an HfB2‒SiC composite for ultra high temperature applications / F. Monteverde, A. Bellosi // Advanced Engineering Materials. ― 2004. ― Vol. 6, № 5. ― P. 331‒336.
10. Licheri, R. Synthesis, densification and characterization of TaB2‒SiC composites / R. Licheri, R. Orrù, C. Musa [et al.] // Ceram. Int. ― 2010. ― Vol. 36, № 3. ― P. 937‒941.
11. Zhang, H. A novel microstructural design to improve the oxidation resistance of ZrB2‒SiC ultra-high temperature ceramics (UHTCs) / H. Zhang, D. D. Jayaseelan, I. Bogomol [et al.] // J. Alloys Compds. ― 2019. ― Vol. 785. ― P. 958-964.
12. Yamada, S. Sintering behavior of B4C‒CrB2 ceramics / S. Yamada, K. Hirao, Y. Yamauchi, S. Kanzaki // Journal of Materials Science Letters. ― 2002. ― Vol. 21, № 18. ― P. 1445‒1447.
13. Yamada, S. Densification behaviour and mechanical properties of pressureless-sintered B4C‒CrB2 ceramics / S. Yamada, K. Hirao, Y. Yamauchi, S. Kanzaki // Journal of Materials Science. ― 2002. ― Vol. 37, № 23. ― P. 5007‒5012.
14. Yamada, S. B4C‒CrB2 composites with improved mechanical properties / S. Yamada, K. Hirao, Y. Yamauchi, S. Kanzaki // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 23, № 3. ― P. 561‒565.
15. Li, X. Pressureless sintering of boron carbide with Cr3C2 as sintering additive / X. Li, D. Jiang, J. Zhang [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 34, № 5. ― P. 1073‒1081.
16. Demirskyi, D. In situ fabrication of B4C‒NbB2 eutectic composites by spark–plasma sintering / D. Demirskyi, Y. Sakka // J. Am. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 97, № 8. ― P. 2376‒2378.
17. Demirskyi, D. Fabrication, microstructure and properties of in situ synthesized B4C‒NbB2 eutectic composites by spark plasma sintering / D. Demirskyi, Y. Sakka // Journal of the Ceramic Society of Japan. ― 2015. ― Vol. 123, № 1433. ― P. 33‒37.
18. Demirskyi, D. High-strength B4C‒TaB2 eutectic composites obtained via in situ by spark plasma sintering / D. Demirskyi, Y. Sakka, O. Vasylkiv // J. Am. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 99, № 7. ― P. 2436‒2441.
19. Radev, D. D. Pressureless sintering of boron carbide-based superhard materials / D. D. Radev // Solid State Phenomena. ― Trans Tech Publications Ltd, 2010. ― Vol. 159. ― P. 145‒148.
20. Radev, D. Synthesis of boron carbide by reactive-pulsed electric current sintering in the presence of tungsten boride / D. Radev, I. Avramova, D. Kovacheva [et al.] // Int. J. Applied Ceram. Technol. ― 2016. ― Vol. 13, № 6. ― P. 997‒1007.
21. Grigor’ev, O. N. Synthesis and properties of ceramics in the SiC‒B4C‒MeB2 system / O. N. Grigor’ev, G. A. Gogotsi, Y. G. Gogotsi [et al.] // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. ― 2000. ― Vol. 39, № 5/6. ― С. 239‒250.
22. Udalov, Yu. P. Preparation and abrasive properties of eutectic compositions in the system B4C‒SiC‒TiB2 / Yu. P. Udalov, E. E. Valova, S. S. Ordan'yan // Refractories. ― 1995. ― Vol. 36, № 8. ― P. 233, 234. [Удалов, Ю. П. Получение и абразивные свойства эвтектических композиций в системе B4C‒SiC‒TiB2 / Ю. П. Удалов, Е. Е. Валова, С. С. Орданьян // Огнеупоры. ― 1995. ― № 8. ― С. 2, 3.]
23. Li, W. J. Preparation of directionally solidified B4C‒TiB2‒SiC ternary eutectic composites by a floating zone method and their properties / W. J. Li, R. Tu, T. Goto // Materials transactions. ― 2005. ― Vol. 46, № 9. ― P. 2067‒2072.
24. Chalgin, A. V. Principles of technology and mechanical properties of structural ceramics based on the ternary system SiC‒B4C‒CrB2 / A. V. Chalgin, S. V. Vikhman, S. S. Ordan’yan [et al.] // MRS Proceedings. Cambridge University Press. ― 2015. ― Vol. 1765. ― imrc2014 s4a-o015.
25. Kotsar’, T. V. Combined carbothermal synthesis of powders in the B4C‒SiC‒TiB2 system / T. V. Kotsar’, D. P. Danilovich, S. S. Ordan’yan [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2017. ― Vol. 58, № 2. ― P. 174‒178. [Коцарь, Т. В. Совместный карботермический синтез порошков в системе B4C‒SiC‒TiB2 / Т. В. Коцарь, Д. П. Данилович, С. С. Орданьян [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 3. ― С. 139‒143.]
26. Kotsar, T. V. Glass-ceramic precursors in B2O3‒SiO2‒MxOy systems (M ― Ti, Zr, Cr) as a source for producing fine-dispersed mixtures of high-melting carbides and borides / T. V. Kotsar, D. P. Danilovich, S. S. Ordan’yan // Refract. Ind. Ceram. ― 2020. ― Vol. 61, № 1. ― P. 100‒105. [Коцарь Т. В. Стеклокристаллические прекурсоры в системах B2O3‒SiO2‒MxOy, где M ― Ti, Zr, Cr, как источник получения высокодисперсных смесей тугоплавких карбидов и боридов / Т. В. Коцарь, Д. П. Данилович, С. С. Орданьян // Новые огнеупоры. ― 2020. ― № 2. ― С. 46‒51.]27. Yin, S. P. Spark plasma sintering of B4C‒TiB2‒SiC composite ceramics using B4C, Ti3SiC2 and Si as starting materials / S. P. Yin, Z. H. Zhang, X. W. Cheng [et al.] // Ceram. Int. ― 2018. ― Vol. 44, № 17. ― P. 21626‒21632.
27. Zhang, X. Microstructure and mechanical properties of B4C‒TiB2‒SiC composites toughened by composite structural toughening phases / X. Zhang, Z. Zhang, W. Wang [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 100, № 7. ― P. 3099‒3107.
28. He, Q. Microstructures and mechanical properties of B4C‒TiB2‒SiC composites fabricated by ball milling and hot pressing / Q. He, A. Wang, C. Liu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2018. ― Vol. 38, № 7. ― P. 2832‒2840.
29. Zhang, X. High-performance B4C‒TiB2‒SiC composites with tuneable properties fabricated by reactive hot pressing / X. Zhang, Z. Zhang, Y. Liu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2019. ― Vol. 39, № 10. ― P. 2995‒3002.
30. Liu, Y. Microstructure and mechanical properties of B4C‒TiB2‒SiC composites fabricated by spark plasma sintering / Y. Liu, X. Wu, M. Liu [et al.] // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46, № 3. ― P. 3793‒3800.
31. Tu, R. Microstructure and mechanical properties of B4C‒HfB2‒SiC ternary eutectic composites prepared by arc melting / R. Tu, N. Li, Q. Li [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2016. ― Vol. 36, № 4. ― P. 959‒966.
32. Tu, R. Preparation of B4C‒ZrB2‒SiC ternary eutectic composites by arc melting and their properties / R. Tu, N. Li, Q. Z. Li [et al.] // Mater. Res. Innov. ― 2015. ― Vol. 19, № sup10. ― P. S10-26-S10-29.
33. Upatov, M. Microstructure and mechanical properties of B4C‒NbB2‒SiC ternary eutectic composites by a crucible-free zone melting method / M. Upatov, J. Vleugels, Y. Koval [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2021. ― Vol. 41, № 2. ― Р. 1189‒1196.
34. Орданьян, С. С. О закономерностях взаимодействия в системах B4C‒MeIV-VIB2 / С. С. Орданьян // Неорганические материалы. ― 1993. ― № 5. ― С. 15‒17.
35. Орданьян, С. С. Закономерности взаимодействия в системах SiC‒MeIV-VIB2 / С. С. Орданьян // Журнал прикладной химии. ― 1993. ― Т. 66, № 11. ― C. 2439‒2444.
36. Орданьян, С. С. Строение политермического разреза SiC‒W2B5 системы B‒C‒Si‒W / С. С. Орданьян, С. В. Вихман, М. Н. Кузнецов // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2004. ― № 12. ― С. 2‒4.
37. Kumazawa, T. Pressureless sintering of boron carbide ceramics / T. Kumazawa, T. Honda, Y. Zhou [et al.] // Journal of the Ceramic Society of Japan. ― 2008. ― Vol. 116, № 1360. ― P. 1319‒1321.
38. Skorokhod, V. V. Processing, microstructure, and mechanical properties of B4C‒TiB2 particulate sintered composites. Part I. Pressureless sintering and microstructure evolution / V. V. Skorokhod // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. ― 2000. ― Vol. 39, № 7/8. ― P. 414‒423.
39. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений ; под ред. Т. Я. Косолаповой. ― М. : Металлургия, 1986. ― 928 с.
40. Frotscher, M. M2B5 or M2B4? A reinvestigation of the Mo/B and W/B system / M. Frotscher, W. Klein, J. Bauer [et al.] // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. ― 2007. ― Bd 633, № 15. ― S. 2626‒2630.
41. Liang, Y. Thermodynamic identification of tungsten borides / Y. Liang, X. Yuan, W. Zhang // Physical Review B. ― 2011. ― Vol. 83, № 22. ― Article № 220102.
42. Орданьян, С. С. Фазовые равновесия в системе B4C‒W2B5 / С. С. Орданьян, А. А. Болдин, Е. В. Прилуцкий // Журнал прикладной химии. ― 2000. ― Т. 73, № 12. ― С. 2128‒2130.
43. Ordan’yan, S. S. Phase diagram of the W2B5‒ZrB2 system / S. S. Ordan’yan, A. A. Boldin, S. S. Suvorov [et al.] // Inorganic materials. ― 2005. ― Vol. 41, № 3. ― P. 232‒234.
44. Ordan’yan, S. S. The system SiC‒W2B5‒LaB6 / S. S. Ordan’yan, D. D. Nesmelov, S. V. Vikhman // Refract. Ind. Ceram. ― 2009. ― Vol. 50, № 5. ― P. 391‒393. [Орданьян, С. С. Система SiC‒W2B5‒LaB6 / С. С. Орданьян, Д. Д. Несмелов, С. В. Вихман // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2009. ― № 10. ― С. 54‒56.]
45. Udalov, Y. The program of calculation of fusibility curves of triple systems DIATRIS 1.2 (Algorithm, interface, and technical application) / Y. Udalov, Y. Morozov // 6th Intern. School-Conf.«Phase diagrams in materials science. ― 2001. ― Р. 58, 59.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Несмелов Д.Д., Орданьян С.С., Удалов Ю.П. Структура и механические свойства горячепрессованной композиционной керамики W2B5‒ZrB2‒SiC‒B4C. Новые огнеупоры. 2021;(4):27-33. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-27-33
For citation: Nesmelov D.D., Ordan’yan S.S., Udalov Y.P. Structure and mechanical properties of hot- pressed composite ceramics W2B5‒ZrB2‒SiC‒B4C. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;(4):27-33. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-27-33
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.