Ultra-high-temperature ZrB2‒SiC ceramics: the preparation and general properties

P. S. Sokolov; A. V. Arakcheev; I. L. Mikhal'chik; L. A. Plyasunkova; A. V. Tkachev; S. A. Anuchin; M. N. Kordo; A. V. Lanin; A. O. Zabezhailov; I. Yu. Kelina; M. Yu. Rusin

doi:10.17073/1683-4518-2017-1-33-39

Ultra-high-temperature ZrB2‒SiC ceramics: the preparation and general properties

P. S. Sokolov, A. V. Arakcheev, I. L. Mikhal'chik, L. A. Plyasunkova, A. V. Tkachev, S. A. Anuchin, M. N. Kordo, A. V. Lanin, A. O. Zabezhailov, I. Yu. Kelina, M. Yu. Rusin

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-1-33-39

Full Text:

Abstract

Out of the commercially-available powders by means of the hot pressing the dense ZrB2‒SiC ceramics with various additions (Si3N4, TiSi2, ZrSi2, MoSi2) was obtain in the article. Its macro-prototypes were used to measure the general physical and mechanical properties: the ultimate static threepoint bending strength at the room temperature was found to be 400‒600 mPas, the Vickers micro-hardness up to 15 hPas, the critical stress intensity factor up to 5,9 mPa·m1/2. The average thermal coefficient of linear expansion, heat and temperature conductivity, and the oxidation resistance in the wide temperature range were determined. All characteristics in the whole testify that the obtained ceramics is up to those reported in the literature. Ill. 5. Ref. 18. Tab. 2.

Keywords

ultra-high-temperature ceramic materials (VHTCM), ZrB2‒SiC ceramics, hot pressing (HP), zirconium diboride, silicon carbide,

About the Authors

P. S. Sokolov

Russian Federation

A. V. Arakcheev

Russian Federation

I. L. Mikhal'chik

Russian Federation

L. A. Plyasunkova

Russian Federation

A. V. Tkachev

Russian Federation

S. A. Anuchin

Russian Federation

M. N. Kordo

Russian Federation

A. V. Lanin

Russian Federation

A. O. Zabezhailov

Russian Federation

I. Yu. Kelina

Russian Federation

M. Yu. Rusin

Russian Federation

References

1. Самсонов, Г. В. Бориды / Г. В. Самсонов, Т. И. Серебрякова, В. А. Неронов. ― М. : Атомиздат, 1975. ― 376 с.

2. Серебрякова, Т. И. Высокотемпературные бориды / Т. И. Серебрякова, В. А. Неронов, П. Д. Пешев. ― М. : Металлургия, 1991. ― 368 с.

3. Ultra-high temperature ceramics. Materials for extreme environment applications. Ed. by W. G. Fahrenholtz, E. J. Wuchina, W. E. Lee, Y. Zhou. ― New Jersey : Wiley, 2014. ― 441 c.

4. Sonber, J. K. Synthesis and consolidation of zirconium diboride: Review / J. K. Sonber, A. K. Suri // Adv. App. Ceram. ― 2011. ― Vol. 110, № 6. ― С. 321‒334.

5. Simonenko, E. P. Promising ultra-high temperature ceramic materials for aerospace applications / E. P. Simonenko, D. V. Sevast’yanov, N. P. Simonenko [et al.] //Russian Journal of Inorganic Chemistry. ― 2013. ― Vol. 58, № 14. ― P.1669‒1693.

6. Андриевский, Р. А. Наноструктурные дибориды титана, циркония и гафния: синтез, свойства, размерные эффекты и стабильность / Р. А. Андриевский // Успехи химии. ― 2015. ― Т. 84, № 5. ― С. 540‒554.

7. Чевыкалова, Л. А. Получение ультравысокотемпературного керамического материала на основе диборида циркония методом SPS / Л. А. Чевыкалова, И. Ю. Келина, И. Л. Михальчик [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2013. ― № 11. ― С. 31‒38. Chevykalova, L. A. Preparation of ultra-high temperature ceramic material based on zirconium boride by SPS method / L. A. Chevykalova, I. Yu. Kelina, I. L. Mikhal’chik [et al.] // Refractories and Industrial Ceramics. ― 2014. ― Vol. 54, № 6. ― P. 455‒ 462.

8. Гращенков, Д. В. Особенности спекания тугоплавкой керамики на основе HfB2 методом гибридного искрового плазменного спекания / Д. В. Гращенков, О. Ю. Сорокин, Ю. Е. Лебедева, М. Л. Ваганова // Журнал прикладной химии. ― 2015. ― Т. 88, № 3. ― С. 379‒386. Grashchenkov, D. V. Specific features of sintering of HfB2-based refractory ceramic by hybrid spark plasma sintering / D. V. Grashchenkov, O. Yu. Sorokin, Yu. E. Lebedeva, M. L. Vaganova // Russian Journal of Applied Chemistry. ― 2015. ― Vol. 88, № 3. ― P. 386‒393.

9. Орданьян, С. С. Физико-химический базис создания новой керамики с участием борсодержащих тугоплавких соединений и практика его реализации / С. С. Орданьян, В. И. Румянцев, Д. Д. Несмелов, Д. В. Кораблев // Новые огнеупоры. ― 2012. ― № 3. ― С. 153‒156. Ordan’yan, S. S. Physicochemical basis of creating new ceramics with participation of boron-containing refractory compounds and its practical implementation / S. S. Ordan’yan, V. I. Rumyantsev, D. D. Nesmelov, D. V. Korablev // Refractories and Industrial Ceramics. ― 2012. ― Vol. 53, № 2. ― P. 108‒111.

10. Соколов, В. А. Состояние производства и сырьевой базы цирконистых огнеупоров в России / В. А. Соколов // Новые огнеупоры. ― 2013. ― № 11. ― С. 13‒17.

11. Ходаков, Г. С. Метод измерения удельной поверхности высокодисперных порошков по фильтрации газа / Г. С. Ходаков // Коллоидный журнал. ― 1995. ― Т. 57, № 2. ― С. 280‒282.

12. Justin, J. F. Ultra-high temperature ceramics: densification, properties and thermal stability / J. F. Justin, A. Jankowiak // Journal Aerospace Lab. ― 2011. ― № 3.

13. Gupta, N. Spark-plasma sintering of novel ZrB2‒SiC‒ TiSi2 composites with better mechanical properties / N. Gupta, A. Mukhopadhyay, K. Pavani, B. Basu // Mater. Sci. Eng. A. ― 2012. ― Vol. 534. ― P. 111‒118.

14. Guo, S.-Q. Mechanical properties of hot-pressed ZrB2‒MoSi2‒SiC composite / S.-Q. Guo, T. Nishimura, T. Mizuguchi, Y. Kagawa // J. Europ. Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 28. ― P. 1891‒1898.

15. Grigoriev, O. N. Mechanical properties of ZrB2‒SiC (ZrSi2) ceramics / O. N. Grigoriev, B. A. Galanov, V. A. Kotenko [et al.] // J. Europ. Ceram. Soc. ― 2010. ― Vol. 30. ― P. 2397‒2405.

16. Zimmermann, J. W. Thermophysical properties of ZrB2 and ZrB2‒SiC ceramics / J. W. Zimmermann, G. E. Hilmas, W. G. Fahrenholtz [et al.] // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 91. ― P. 1405‒1411.

17. Monteverde, F. Advances in microstructure and mechanical properties of zirconium diboride based ceramics / F. Monteverde, S. Guicciardi, A. Bellosi // Mater. Sci. Eng. A. ― 2003. ― Vol. 346. ― P. 310‒319.

18. Loehman, R. Ultra high temperature ceramics for hypersonic vehicle applications : Sandia Report / R. Loehman, E. Corral, H. P. Dumm, P. Kotula, R. Tandon. ― США, 2006. ― 46 р

Supplementary files

For citation: Sokolov P.S., Arakcheev A.V., Mikhal'chik I.L., Plyasunkova L.A., Tkachev A.V., Anuchin S.A., Kordo M.N., Lanin A.V., Zabezhailov A.O., Kelina I.Y., Rusin M.Y. Ultra-high-temperature ZrB2‒SiC ceramics: the preparation and general properties. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2017;(1):33-39. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-1-33-39

Refbacks

There are currently no refbacks.

ISSN 1683-4518 (Print)

Username
Password