Resonant ultrasound spectroscopy of silicon carbide ceramics SiC‒AlN


https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-5-136-140

Full Text:




Abstract

The paper discusses the possibility of using resonant ultrasonic spectroscopy (RUS) as a source of information for the physics and technology of obtaining silicon carbide ceramics by the example of samples of the composition SiC ‒ 25 % AlN, obtained by the method of spark plasma sintering. The possibility of obtaining a complete set of elastic moduli (EM) of samples with an error of less than 1 % is shown. At the same time, the requirements for surface quality are significantly reduced. The revealed functional relationship between EM and porosity makes it possible to create a non-destructive method of porosity control and calculate the elastic moduli at zero porosity (i. e., the elastic modulus of the ceramic matrix EM0). Comparison of EM0 samples obtained at different parameters of the technological process allows determining their optima values..

About the Authors

E. G. Pashuk
Institute for Geothermal and Renewable Energy Problems of the Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences
Russian Federation


G. D Kardashova
Dagestan state University
Russian Federation


Sh. A. Khalilov
Dagestan state University
Russian Federation


References

1. Rice, Roy W. Mechanical properties of ceramics and composites. Grain and particle effects / Roy W. Rice. ― New York : CRC Press, 2000. ― 712 р.

2. Rice, R. W. The porosity dependence of physical properties of materials. A summary review / R. W. Rice // Key Eng. Mater. ― 1995. ― Vol. 115. ― Р. 1‒20.

3. Rice, R. W. Evaluation and extension of physical property-porosity models based on minimum solid area / R. W. Rice // J. Mater. Sci. ― 1996. ― Vol. 31. ― Р. 102‒118.

4. Roberts, A. P. Elastic properties of model porous ceramics / A. P. Roberts, E. J. Garboczi // J. Am. Ceram. Soc. ― 2000. ― Vol. 83, № 12. ― Р. 3041‒3048.

5. Wachtman, John B. Mechanical properties of ceramics ; second ed. / John B. Wachtman, W. Roger Cannon, M. John Matthewson. ― A. John Wiley & Sons, Inc, 2009. ― 479 р.

6. Rice. R. W. Porosity of ceramics. Properties and application / R. W. Rice. ― New York : Marcel Dekker, Inc, 1998. ― 560 p.

7. Колесников, А. Е. Ультразвуковые измерения / А. Е. Колесников. ― 2-е изд., доп. и перераб. ― М. : Изд-во стандартов, 1982. ― 248 с.

8. Александров, К. С. Анизотропия упругих свойств минералов и горных пород / К. С. Александров, Г. Т. Продайвода. ― М. : СО РАН, 2000. ― 347 c.

9. Глаговский, Б. А. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении / Б. А. Глаговский, И. Б. Московенко. ― Л. : Машиностроение, 1977. ― 208 с.

10. ASTM C1198‒20. Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio for Advanced Ceramics by Sonic Resonance. ― West Conshohocken, PA, 2020. ― 12 р.

11. Пашук, Е. Г. Установка для измерения упругих свойств методом ультразвуковой резонансной спектрометрии / Е. Г. Пашук, Ш. А. Халилов // Физическая электроника : материалы IV Всероссийской конференции ФЭ-2006, 23‒26 октября 2006 г., Махачкала, 2006. ― С. 225‒228.

12. Пат. 145158 Российская Федерация, МПК G 01 N 29/04. Резонансный ультразвуковой спектроскоп / Гусейнов К. Б., Пашук Е. Г., Халилов Ш. А.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Газпромтрансгаз Махачкала». ― № 2013142750/28 ; заявл. 2013.09.19 ; опубл. 2014.09.10, Бюл. № 25.

13. Милосердин, Ю. В. Высокотемпературные испытания реакторных материалов / Ю. В. Милосердин, В. М. Баранов. ― М. : Атомиздат, 1978. ― 280 с.

14. Migliori, A. Resonant ultrasound spectroscopic techniques for measurement of the elastic moduli of solids / A. Migliori, J. L. Sarrao, W. M. Visscher [et al.] // Physica B. ― 1993. ― Vol. 183. ― Р. 1‒24.

15. Migliori, A. Resonant ultrasound spectroscopy / A. Migliori, J. L. Sarrao. ― Wiley & Sons, Inc., 1997. ― 247 p.

16. Lebedev, A. V. Resonant acoustic spectroscopy of microfracture in a Westerly granite sample / A. V. Lebedev, V. V. Bredikhin, I. A. Soustova [et al.] // J. Geophis. Res. ― 2003. ― Vol. 108, № B10. EPM11. ― P. 1‒12.

17. Пашук, Е. Г. Алгоритм решения обратной задачи резонансной ультразвуковой спектроскопии для образцов в форме дисков // Перспективы развития телекоммуникационных систем и информационные технологии : тр. междунар. конф. / Е. Г. Пашук, Ш. А. Халилов ; под ред. А. В. Бабкина и В. А. Кежаева. ― СПб. : изд-во Политехн. ун-та, 2008. ― С. 419.

18. Сергеев, О. А. Метрологические основы теплофизических измерений / О. А. Сергеев. ― М. : Изд-во стандартов, 1972. ― 156 с.

19. Терстон, Р. Физическая акустика. В 8 т. Т. 1. Гл. 1. Распространение волн в жидкостях и твердых телах / Р. Терстон ; пер. с англ. под ред. У. Мэзона и Л. Д. Розенберга. ― М. : Мир, 1966‒1970.

20. Kardashova, G. D. Technology of spark plasma sintering as an innovative solution of synthesis highdensity of SiC ceramics / G. D. Kardashova // IOP Conf. Ser. : Mater. Sci. Eng. ― 2020. ― Vol. 848-012030.

21. ГОСТ 2409‒2014. Межгосударственный стандарт. Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. ― Введ. 2015‒09-01. ― М. : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации ― Стандартинформ, 2014. ― 8 с.

22. Pan, M.-J. Elastic properties and microcracking behavior of particulate titanium diboride-silicon carbide composites / M.-J. Pan, Р. А. Hoffman, D. J. Green, J. R. Hellmann // J. Am. Ceram. Soc. ― 1997. ― Vol. 80, № 3. ― Р. 692‒698.

23. Munro, R. G. Material properties of a sintered α-SiC / R. G. Munro // Phys. Chem. Ref. Data. ― 1997. ― Vol. 26, № 5. ― Р. 1195‒1203.

24. Snead, L. L. Handbook of SiC properties for fuel performance modeling / L. L. Snead, T. Nozawa, Y. Katoh [et al.] // J. Nucl. Mater. ― 2007. ― Vol. 371, № 1/3. ― Р. 329‒377.

25. Lugovy, M. Temperature dependence of elastic properties of ZrB2‒SiC composites / М. Lugovy, V. Slyunyayev, N. Orlovskaya [et al.] // Ceram. Int. ― 2016. ― Vol. 42, № 2. ― Р. 2439‒2445.

26. Dodd, S. P. Ultrasonic study of the elastic and nonlinear acoustic properties of ceramic aluminum nitride / S. P. Dodd, G. A. Saunders, M. Cankurtaran, B. James // J. Mater. Sci. ― 2001. ― Vol. 36, № 3. ― Р. 723‒729.

27. Gerlich, D. Elastic properties of aluminum nitride / D. Gerlich, S. L. Dole, G. A. Slack // J. Phys. Chem. Solids. ― 1986. ― Vol. 47, № 5. ― Р. 437‒441.

28. Bruls, R. J. The temperature dependence of the Young’s modulus of MgSiN2, AlN and Si3N4 / R. J. Bruls, H. T. Hintzen, G. de With, R. Metselaar // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2001. ― Vol. 21, № 3. ― Р. 263‒268.


Supplementary files

For citation: Pashuk E.G., Kardashova G.D., Khalilov S.A. Resonant ultrasound spectroscopy of silicon carbide ceramics SiC‒AlN. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;(5):136-140. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-5-136-140

Views: 368

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


ISSN 1683-4518 (Print)