.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Сравнительное исследование методов получения карбидкремниевых керамических материалов
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-6-13-26
Аннотация
На данный момент разработано порядка десяти разных методов получения карбидкремниевых керамических материалов. В данной работе приведены механизмы и описаны преимущества и недостатки наиболее часто применяемых на практике способов формования и спекания порошков SiC. Указаны основные свойства, а также области применения получаемых керамических изделий.
Об авторах
А. Н. БеляковРоссия
Санкт-Петербург
М. А. Марков
Россия
к. т. н.
Санкт-Петербург
Д. А. Дюскина
Россия
Санкт-Петербург
А. Д. Быкова
Россия
Санкт-Петербург
А. Г. Чекуряев
Россия
Санкт-Петербург
А. Д. Каштанов
Россия
Санкт-Петербург
д. т. н.
Список литературы
1. Гнесин, Г. Г. Бескислородные керамические материалы / Г. Г. Гнесин. ― Киев : Техника, 1987. ― 152 с.
2. Гнесин, Г. Г. Карбидокремниевые материалы / Г. Г. Гнесин. ― М. : Металлургия, 1977. ― 216 с.
3. Рахаман, М. Н. Технология получения керамик. Синтез. Консолидация. Спекание [пер. с англ.] / М. Н. Рахаман ; под ред. В. Н. Чувильдеева, М. С. Болдина, Д. А. Пермина. ― Нижний Новгород : ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2022. ― 741 с.
4. Матренин, С. В. Техническая керамика / С. В. Матренин, А. И. Слосман. ― Томск : Изд–во ТПУ, 2004. ― 75 с.
5. Хасанов, О. Л. Методы компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий / О. Л. Хасанов, Э. С. Двилис, З. Г. Бикбаева. ― Томск : Изд–во Томского политехнического университета, 2008. ― 212 с.
6. Попильский, Р. Я. Прессование порошковых керамических материалов / Р. Я. Попильский, Ю. Е. Пивинский. ― М. : Металлургия, 1983. ― 176 с.
7. Perevislov, S. N. Effect of SiC dispersed composition on physical and mechanical properties of reactionsintered silicon carbide / S. N. Perevislov, M. A. Markov, A. V. Krasikov [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2020. ― Vol. 61, № 2. ― P. 211‒215. Перевислов, С. Н. Влияние дисперсного состава SiC на физико-механические свойства реакционноспеченного карбида кремния / С. Н. Перевислов, М. А. Марков, А. В. Красиков [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2020. ― № 4. ― С. 41‒45.
8. Дятлова, Е. М. Химическая технология керамики и огнеупоров / Е. М. Дятлова, Ю. А. Климош. ― Минск : БГТУ, 2014. ― 224 с.
9. Markov, M. A.Development of novel ceramic construction materials based on silicon carbide for products of complex geometry / M. A. Markov, A. V. Krasikov, I. N. Kravchenko [et al.] // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. ― 2021. ― Vol. 50, № 2. ― P. 158‒163.
10. Грибовский, П. О. Горячее литье керамических изделий / П. О. Грибовский. ― М. : Госэнергоиздат, 1961. ― 400 с.
11. Добровольский, А. Г. Шликерное литье / А. Г. Добровольский. ― М. : Металлургия, 1977. ― 173 с.
12. Беляков, А. Н. Исследование структуры и физикомеханических характеристик реакционно-спеченных материалов B4C‒SiC / А. Н. Беляков, М. А. Марков, С. Н. Перевислов [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 2. ― С. 29‒33.
13. Беляков, А. Н. Исследование реакционноспеченных материалов B4C‒SiC, полученных методом горячего шликерного литья / А. Н. Беляков, М. А. Марков, А. Н. Чекуряев [и др.] // Физика и химия стекла. ― 2023. ― Т. 49, № 3. ― С. 346‒356.
14. Гегузин, Я. Е. Физика спекания / Я. Е. Гегузин. ― М. : Наука, 1984. ― 312 с.
15. Макаров, Н. А. Физическая химия спекания / Н. А. Макаров, Д. В. Харитонов, Д. О. Лемешев. ― М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2019. ― 189 с.
16. Helbig, J. Grundzüge der Keramik / J. Helbig, U. Schönholzer // Professur für nichtmetallische Werkstoffe ETH. ― Zürich. ― 2001. ― S. 37‒43.
17. Kriegesmann, J. Sintering phenomena in silicon carbide / J. Kriegesmann // Powder Metallurgy International. ― 1986. ― Vol. 18. ― P. 341‒343.
18. Kriegesmann, J. Processing Phenomena for Recrystallized Silicon Carbide / J. Kriegesmann // Grain Boundary Controlled Properties of Fine Ceramics. ― 1992. ― P. 176‒188.
19. Kriegesmann, J. Competing sintering mechanisms in silicon carbide / J. Kriegesmann // Interceram. ― 1988. ― Vol. 37, № 2. ― P. 27‒30.
20. Власова, М. В. Влияние исходного состояния компонентов синтеза в реакции карботермического восстановления кремнезема на структуру частиц карбида кремния. Ч. I. Система аэросилсахароза / М. В. Власова, Л. Т. Домасевич, Н. Г. Каказей [и др.] // Порошковая металлургия. ― 1993. ― № 4. ― С. 64‒74.
21. Chakrabarti, O. P. Influence of free silicon content on the microhardness of RBSiC / O. P. Chakrabarti, P. K. Das, J. Mukerji // Ceram. Forum. Int. ― 1997. ― Vol. 74, № 2. ― P. 98‒101.
22. Федорук, Р. М. Исследования влияния добавок графита и удельной поверхности кремния на теплопроводность и другие свойства реакционносвязанных карбидкремниевых изделий / Р. М. Федорук, В. В. Примаченко, Л. К. Савина, Е. В. Полтарак // Сборник научных трудов. ― 2004. ― Т. 104. ― С. 31‒38.
23. Kim, H. W. Effect of oxidation on the roomtemperature flexural strength of reaction-bonded silicon carbides / H. W. Kim, H. E. Kim, H. Song [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 1999. ― Vol. 82, № 6. ― P. 1601‒1604.
24. Huang, Q.-W. High-temperature strength and toughness behaviors for reaction-bonded SiC ceramics below 1400 °C / Q.-W. Huang, L.-H. Zhu // Mater. Lett. ― 2005. ― Vol. 59, № 14/15. ― P. 1732‒1735.
25. Lu, Zh. Microstructure, porosity and resistivity in reaction-bonded silicon carbide / Zh. Lu, L. Ziong, J. Gao [et al.] // Xi'an jiaotong daxue xuebao. ― 1999. ― Vol. 33, № 4. ― P. 48‒51.
26. Sangsuwan, P. Reaction-bonded silicon carbide by reactive / P. Sangsuwan, J. A. Orejas, J. E. Gatica [et al.] // Industrial & engineering chemistry research. ― 2001. ― Vol. 40, № 23. ― P. 5191‒5198.
27. Wang, Y.-X. The fabrication of reaction-formed silicon carbide with controlled microstructure by infiltrating a pure carbon preform with molten Si / Y.-X. Wang, Sh.-H. Tan, D.-L. Jiang // Ceram. Int. ― 2004. ― Vol. 30, № 3. ― P. 435‒439.
28. Scafe, E. Mechanical behavior of silicon-silicon carbide composites / E. Scafe, G. Giunta, L. Fabbri [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 1996. ― Vol. 16, № 7. ― P. 703‒713.
29. Дьячкова, Л. Н. К вопросу о получении карбидкремниевых материалов методом реакционного спекания / Л. Н. Дьячкова, Е. В. Звонарев, В. М. Шелехина [и др.] // Инженерно–физический журнал. ― 1997. ― Т. 70, № 2. ― С. 260‒263.
30. Параносенков, В. П. Конструкционные материалы на основе самосвязанного карбида кремния / В. П. Параносенков, А. А. Чикина, М. А. Андреев // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2006. ― № 7. ― С. 37‒40.
31. Параносенков, В. П. Самосвязанный карбид кремния ОТМ-923 / В. П. Параносенков, А. А. Чикина, И. Л. Шкарупа // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2004. ― № 2. ― С. 23‒25.
32. Гаршин, А. П. Реакционно-спеченные карбидкремниевые материалы конструкционного назначения. Физико-механические и триботехнические свойства / А. П. Гаршин, С. Г. Чулкин. ― СПб. : Изд. Политехнического ун-та, 2006. ― 84 с.
33. Гаршин, А. П. Влияние некоторых технологических параметров на формирование структуры материалов на основе реакционно-спеченного карбида кремния / А. П. Гаршин, Ю. Н. Вильк // Огнеупоры и техническая керамика. ― 1996. ― № 8. ― С. 2‒8.
34. Перевислов, С. Н. Материалы на основе карбида и нитрида кремния с оксидными активирующими добавками для изделий конструкционного назначения: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Санкт-Петербург. ― 2017. ― 346 с.
35. Перевислов, С. Н. Жидкофазноспеченый карбид кремния: спекание, структура, механические свойства / С. Н. Перевислов, Д. Д. Несмелов // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2014. ― № 4/5. ― С. 3‒13.
36. Nadeau, J. S. Very high pressure hot pressing of silicon carbide / J. S. Nadeau // Am. Ceram. Soc. Bull. ― 1973. ― Vol. 52. ― P. 170‒174.
37. Rahaman, M. N. Ceramic processing and sintering / M. N. Rahaman // 1st ed. N. Y.: New York ‒ Basel : Marcel Dekker Inc., 1995. ― P. 389‒392.
38. Андрианов, Н. Т. Химическая технология керамики / Н. Т. Андрианов ; под ред. И. Я. Гузмана. ― М. : Стройматериалы, 2012. ― 226 с.
39. Карелин, В. А. Исследование влияния механической активации сырья на свойства синтезируемого высокочистого карбида кремния / В. А. Карелин, С. П. Андриец, А. П. Юферова // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. ― 2005. ― Т. 308, № 6. ― С. 104‒108.
40. Войценя, В. С. Перспективы использования SiC/ SiC-композитов в термоядерных реакторах (по анализу международных баз данных INIS, MSCI, INSPEC) / В. С. Войценя, А. Г. Шепелев, Т. А. Пономаренко // Вопросы атомной науки и техники. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. ― 2007. ― С. 160‒163.
41. Kriegesmann, J. Processing of silicon carbidebased ceramics / J. Kriegesmann // Comprehensive Hard Materials. ― 2014. ― P. 89‒175.
42. Гегузин, Я. Е. Физика спекания / Я. Е. Гегузин. ― Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1967. ― 173 с.
43. Филонов, К. Н. Новая профилированная керамика на основе карбида кремния / К. Н. Филонов, В. Н. Курлов, Н. В. Классен [и др.] // Известия Российской академии наук. Серия физическая. ― 2009. ― Т. 73, № 10. ― С. 1460‒1462.
44. Prochazka, S. Sintering of silicon carbide / S. Prochazka, J. J. Burke // Ceramics for High Performance Applications. ― 1974. ― P. 239‒252.
45. Coppola, J. A. Substitution of ceramics for ductile materials in design / J. A. Coppola, G. H. McMurty // National Symposium on Ceramics in the Service of Man : Washington D. C. : Carnegie Institution., 1976. ― Р. 73–79.
46. Vaßen, R. Densification of ultrafine SiC powders / R. Vaßen, A. Kaiser, J. Förster [et al.] // Journal of Materials Science. ― 1996. ― Vol. 31. ― P. 3623‒3637.
47. Förster, J. Improvement of fracture toughness in hot isostatically pressed mixtures of ultrafine and coarsegrained SiC ceramics / J. Förster, R. Vaßen, D. Stöver // J. Mater. Sci. Lett. ― 1995. ― № 14. ― P. 214‒216.
48. Morrell, R. Handbook of properties of technical and engineering ceramics / R. Morrell. ― Hmso : London, UK, 1987. ― 357 p.
49. Prochazka, S. Special Ceramics / S. Prochazka // Stoke-on-Trent England: British Ceramic Research Association. ― 1975. ― P. 171‒182.
50. Пат. 4080415A США. Metod of producing high density silicon carbide product / Coppola J. A., R. H. Smoak R. H. ; ― № 743,448 ; заявл. 22.11.1976 ; опубл. 21.03.1978.
51. Dijen, F. K. Liquid phase sintering of silicon carbide / F. K. Dijen, E. Mayer // J. Eur. Ceram. Soc. ― 1996. ― № 16. ― P. 413‒420.
52. Казармщиков, И. Т. Производство металлических конструкционных материалов / И. Т. Казармщиков. ― Оренбург : ГОУ ОГУ, 2004. ― 247 с.
53. Mohr, A. Untersuchungen zur Minimierung der Additivgehalte für die Drucklose Sinterung von α-SiC : дис. Diplomarbeit, Institut für Keramik im Maschinenbau, Universität Karlsruhe, 1989. ― 213 р.
54. Suzuki, K. Pressureless sintering of SiC with addition of Al2O3. In: SiC ceramics. Vol. 2 / K. Suzuki, S. Somiya, Y. Inomata. ― London : Elsevier, 1991. ― P. 163‒182.
55. Sigl, L. S. Core/Rim structure of liquid-phasesintered silicon carbide / L. S. Sigl, H. J. Kleebe // J. Am. Ceram. Soc. ― 1993. ― Vol. 76. ― P. 773‒776.
56. Mulla, M. A. Low-temperature pressureless sintering of β–SiC with aluminium oxide and yttrium oxide additives / M. A. Mulla, V. D. Krstic // J. Am. Ceram. Soc. Bull. ― 1991. ― Vol. 70, № 3. ― P. 439‒443.
57. Briggs, J. Engineering ceramics in Europe and the USA / J. Briggs. ― Enceram. Menith Wood. UK, Worcester, 2011. ― 331 р.
58. Пат. 4172109A США. Pressureless sintering beryllium containing SiC powder composition / R. H. Smoak. ; ― № 937,395 ; заявл. 28.08.1978 ; опубл. 23.10.1979.
59. Перевислов, С. Н. Горячепрессованные керамические материалы системы SiC–YAG / С. Н. Перевислов, А. С. Лысенков, Д. Д. Титов [и др.] // Неорганические материалы. ― 2017. ― Т. 53, № 2. ― С. 206‒211.
60. Vasilos, T. Pressure sintering of ceramics / T. Vasilos, R. M. Spriggs // Prog. Ceram. Sci. ― 1966. ― Vol. 4. ― P. 95.
61. Chen, D. Role of the grain-boundary phase on the elevated-temperature strength, toughness, fatigue and creep resistance of silicon carbide sintered with Al, B and C / D. Chen, M. E. Sixta, X. F. Zhang [et al.] // Acta Materialia. ― 2000. ― Vol. 48. ― P. 4599‒4608.
62. Kim, Y.-W. Microstructural development of liquidphase-sintered silicon carbide during annealing with uniaxial pressure / Y.-W. Kim, S.-G. Lee, M. Mitomo // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2002. ― Vol. 22, № 7. ― P. 1031‒1037.
63. Zhan, G.-D.Microstructural control for strengthening of silicon carbide ceramics / G.-D. Zhan, M. Mitomo, Y.-W. Kim // J. Am. Ceram. Soc. ― 1999. ― Vol. 82, № 10. ― P. 2924‒2926.
64. Kim, Y.-W. Effect of initial particle size on microstructure of liquid-phase sintered silicon carbide / Y.-W. Kim, J.-Y. Kim, S.-H. Rhee [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2000. ― Vol. 20. ― P. 945‒949.
65. Sciti, D. Effect of annealing treatments on microstructure and mechanical properties of liquid-phase sintered silicon carbide / D. Sciti, S. Guicciardi, A. Bellosi // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2001. ― Vol. 21. ― P. 621‒632.
66. Cheong, D. I. Effects of isothermal annealing on the microstructure and mechanical properties of SiC ceramics hot-pressed with Y2O3 and Al2O3 additions / D. I. Cheong, J. Kim, S.-J. L. Kang // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2002. ― Vol. 22. ― P. 1321‒1327.
67. Фролова, М. Г. Композиционная керамика на основе карбида кремния, армированная волокнами карбида кремния : дис. ... канд. техн. наук / М. Г. Фролова. ― М., 2021. ― 140 с.
68. Watson, G. K. Effect of hot isostatic pressing on the properties of sintered alpha silicon carbide / G. K. Watson, T. J. Moore, M. L. Millard // Am. Ceram. Soc. Bull. ― 1985. ― Vol. 64. ― P. 208‒210.
69. Grosa, J. R. Sintering of nanocristalline powders / J. R. Grosa // International Journal of Powder Metallurgy. ― 1999. ― Vol. 35, № 7. ― P. 59‒66.
70. Янагида, Х. Тонкая техническая керамика ; пер. с япон. / X. Янагида. ― М. : Металлургия, 1986. ― 279 с.
71. Bhaduri, S. B. Recent developments in ceramic nanocomposites / S. B. Bhaduri // Journal of Metals. ― 1998. ― P. 44‒51.
72. Tokita, M. Progress of spark plasma sintering (SPS) method, systems, ceramics applications and industrialization / М. Tokita // Ceramics. ― 2021. ― Vol. 4, № 2. ― P. 160‒198.
73. Omori, M. Sintering, consolidation, reaction and crystal growth by the spark plasma system (SPS) / M. Omori // Materials Science and Engineering: A. ― 2000. ― Vol. 287, № 2. ― P. 183‒188.
74. Zhang, Z. H. The sintering mechanism in spark plasma sintering-proof of the occurrence of spark discharge / Z. H. Zhang // Scripta materialia. ― 2014. ― Vol. 81. ― P. 56‒59.
75. Hulbert, D. M. The absence of plasma in «spark plasma sintering» / D. M. Hulbert // Journal of Applied Physics. ― 2008. ― Vol. 104, № 3. ― Article 033305.
76. Анненков, Ю. М. Физическая модель искрового плазменного спекания керамики / Ю. М. Анненков, С. А. Акарачкин, А. С. Ивашутенко // Бутлеровские сообщения. ― 2012. ― Т. 31, № 9. ― С. 130‒137.
77. Токкита, М. Настоящее и будущее технологий спекания керамики в связи с разработкой метода электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС) / M. Токкита // Российские нанотехнологии. ― 2015. ― Т. 10, № 3/4. ― С. 80‒85.
78. Gutierrez-Mora, F. Influence of microstructure and crystallographic phases on the tribological properties of SiC obtained by spark plasma sintering / F. GutierrezMora, A. Lara, A. Munoz [et al.] // Wear. ― 2014. ― Vol. 309, № 1/2. ― P. 29‒34.
79. Riedel, R. Handbook of ceramic hard materials. Vol. 2 / R. Riedel. ― 1st ed. ― Weinheim: Wiley–VCH, 2000. ― P. 683‒748.
80. Hayun, S. Microstructure and mechanical properties of silicon carbide processed by spark plasma sintering (SPS) / S. Hayun, V. Paris, R. Mitrani [et al.] // Ceram. Int. ― 2012. ― Vol. 38, № 8. ― P. 6335‒6340.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Беляков А.Н., Марков М.А., Дюскина Д.А., Быкова А.Д., Чекуряев А.Г., Каштанов А.Д. Сравнительное исследование методов получения карбидкремниевых керамических материалов. Новые огнеупоры. 2023;(6):13-26. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-6-13-26
For citation: Belyakov A.N., Markov M.A., Dushkina D.A., Bykova A.D., Chekuryaev A.G., Kashtanov A.D. Comparative study of methods for obtaining silicon carbide ceramic materials. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2023;(6):13-26. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-6-13-26
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.