Получение высокопористых материалов из нитрида кремния

В. Г. Гилёв

doi:10.17073/1683-4518-2017-1-40-47

Получение высокопористых материалов из нитрида кремния

В. Г. Гилёв

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-1-40-47

Полный текст:

Аннотация

Дан краткий обзор существующих способов получения высокопористых материалов из нитрида кремния. Описаны возможности метода, основанного на консолидации предварительно подготовленных элементов из термопластичного шликера с тиксотропными реологическими свойствами. Различные сочетания теплового и механического воздействия при консолидации элементов в виде стружки могут приводить к различному распределению пористости по объему получаемых изделий.

Ключ. слова

реакционно-спеченный нитрид кремния (РСНК), термопластичный шликер, консолидация предварительно изготовленных элементов,

Об авторе

В. Г. Гилёв

ФГБОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия
к.т.н.

Список литературы

1. Корниенко, П. А. Прочностные и теплофизические свойства пористых материалов из нитрида кремния /П. А. Корниенко, В. Я. Науменко, В. А. Чехович [и др.] //Порошковая металлургия. ― 1984. ― № 11. ― Р. 64‒70.

2. Díaz, A. Comparison of mechanical properties of silicon nitrides with controlled porosities produced by different fabrication routes / A. Díaz, S. Hampshire, J. F. Yang [et al.] //J. Amer. Ceram. Soc. ― 2005. ― Vol. 88, № 3. ― Р. 698‒706. ― Url.: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2005.00132.x/pdf

3. Park, Y. J. Characterization of Pore Structures for Porous Sintered Reaction-Bonded Silicon Nitrides with Varied Pore-Former Content / Y. J. Park, I. H. Song, H. D. Kim [et al.] // J. Korean Ceram. Soc. ― 2008. ― Vol. 45, № 11. ― Р. 675‒680. ― Url.: http://ocean.kisti.re.kr/downfile/volume/kcs/SRMHB8/2008/v45n11/SRMHB8_2008_v45n11_675.pdf

4. Yue, J. Porous Si3N4 fabricated by phase separation method using benzoic acid as pore-forming agent / J. Yue, B. Dong, H. Wang // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2011. ― Vol. 94, № 7. ― Р. 1989‒1991. ― Url.: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2011.04611.x/pdf

5. Topateş, G. Production and permeability of porous Si3N4 ceramics produced by starch addition / G. Topateş, U. Petasch, J. Adler [et al.] // J. Asian Ceram. Soc. ― 2013. ― Vol. 1, № 3. ― Р. 257‒261. ― Url.: http://ac.els-cdn.com/S2187076413000389/1-s2.0-S2187076413000389-main.pdf?_tid=787246b0-8c68-11e6-9b56-00000aab0f01&acdnat=1475829280_b729cf4f8213e4ee84081a4eb3255b05

6. Alem, A. Sintered reaction-bonded silicon nitride foamswith a high level of interconnected porosity / A. Alem, R.A. L. Drew, M. D. Pugh // J. Mater. Sci. ― 2015. ― Vol. 50,№ 2. ― Р. 570‒576. ― Url.: http://eds.b.ebscohost.com/eds/pdfviewer/pdfviewer?sid=f2a6e65d-1d53-4dc7-aabd-d7158d11b622%40sessionmgr101&vid=0&hid=126

7. Yu, J. Study on particle-stabilized Si3N4 ceramic foams/ J. Yu, J. Yang, H. Li [et al.] // Mater. Lett. ― 2011. ― Vol.65, № 12. ― Р. 1801‒1804.

8. Yue, H. Fabrication of Si3N4 reticulated porous ceramics reinforced by needle-like β-Si3N4 / H. Yue, X.Wang, J. Tian // Ceram. Intern. ― 2014. ― Vol. 40, № 6. ― Р. 8525‒8532.

9. Jiang, G. P. Extrusion of porous silicon nitride using different binders / G. P. Jiang, J. F. Yang, J. Q. Gao // J.Ceram. Proc. Res. ― 2010. ― Vol. 11, № 1. ― Р. 126‒128. ― Url.: http://jcpr.kbs-lab.co.kr/file/JCPR_vol.11_2010/JCPR11-1/28[1].126-128.pdf

10. Yu, J. Gelcasting preparation of porous silicon nitride ceramics by adjusting the content of monomers / J. Yu, H. Wang, J. Zhang [et al.] // J. Sol-Gel Sci. Technol. ― 2010. ― Vol. 53, № 3. ― Р. 515‒523.

11. Zou, C. Microstructure and properties of porous silicon nitride ceramics prepared by gel-casting and gas pressure sintering / C. Zou, C. Zhang, B. Li [et al.] // Materials & Design. ― 2013. ― Vol. 44. ― Р. 114‒118. ― Url.: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306912005080

12. Xia, Y. Microstructure and mechanical properties of porous Si3N4 ceramics prepared by freeze-casting / Y. Xia, Y. P. Zeng, D. Jiang // Materials & Design. ― 2012. ― Vol. 33. ― Р. 98‒103. ― Url.: 0000aab0f6b&acdnat=1475830472_77421915c18181a28719a7c889d16f1c

13. Zhang, R. Microstructure, mechanical and dielectric properties of highly porous silicon nitride ceramics produced by a new water-based freeze casting / R. Zhang, D. Fang, Y. Pei, L. Zhou // Ceram. Intern. ― 2012. ― Vol. 38, № 5. ― Р. 4373‒4377.

14. Fukasawa, T. Synthesis of porous silicon nitride with unidirectionally aligned channels using freezedrying process / T. Fukasawa, Z. Y. Deng, M. Ando [et al.] // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2002. ― Vol. 85, № 9. ― Р. 2151‒2155. ― Url.: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00426.x/pdf

15. Yang, J. F. Synthesis of porous Si3N4 ceramics with rod-shaped pore structure / J. F. Yang, G. J. Zhang, N. Kondo [et al.] // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2005. ― Vol. 88, № 4. ― P. 1030‒1032. ― Url.: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2005.00199.x/pdf

16. Ding, S. Oxidation bonding of porous silicon nitride ceramics with high strength and low dielectric constant / S. Ding, Y. P. Zeng, D. Jiang // Mater. Lett. ― 2007. ― Vol. 61, № 11. ― Р. 2277‒2280.

17. Cai, Y. Properties of porous Si3N4 ceramic electromagnetic wave transparent materials prepared by technique combining freeze drying and oxidation sintering / Y. Cai, X. Li, J. Dong // J. Mater. Sci.: Mater. in Electron. ― 2014. ― Vol. 25, № 4. ― P. 1949‒1954. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/s10854-014-1827-0/fulltext.html

18. Yao, D. Porous Si3N4 ceramics prepared via slip casting of Si and reaction bonded silicon nitride / D. Yao, Y. Xia, Y.-P. Zeng [et al.] // Ceram. Intern. ― 2011. ― Vol. 37, № 8. ― Р. 3071‒3076.

19. Hu, H. L. Synthesis of porous Si3N4/SiC ceramics with rapid nitridation of silicon / H. L. Hu, Y. P. Zeng, K. H. Zuo [et al.] // J. Europ. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35, № 14. ― Р. 3781‒3787. ― Url.: https://www.researchgate.net/profile/Hailong_Hu8/publication/280565269_Synthesis_of_porous_Si3N4SiC_ceramics_with_rapid_nitridation_of_silicon/links/55ba0dd908ae9289a091dc77.pdf

20. Shan, S.-Y. Porous silicon nitride ceramics prepared by reduction–nitridation of silica / S.-Y. Shan, J.-F. Yang, J.-Q. Gao [et al.] // J. Amer. Ceram. Soc. ― 2005. ― Vol. 88, № 9. ― Р. 2594‒2596. ― Url.: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2005.00444.x/pdf

21. Lu, Y. Porous silicon nitride ceramics fabricated by carbothermal reduction-reaction bonding / Y. Lu, J. Yang, W. Lu [et al.] // Mater. and Manufacturing Processes. ― 2011. ― Vol. 26. ― Р. 855‒861.

22. Zhao, X. Properties and Processing of Porous Si3N4 ceramics / X. Zhao, H. Wang, W. Shang [et al.] // Key Engin. Mater. ― 2014. ― Vol. 602/603. ― Р. 375‒379.

23. Yang, H. A novel silica aerogel/porous Si3N4 composite prepared by freeze casting and sol-gel impregnation with high-performance thermal insulation and wavetransparent / H. Yang, F. Ye, Q. Liu [et al.] // Mater. Lett.― 2015. ― Vol. 138. ― Р. 135‒138.

24. Wang, C. Fabrication of dense β-Si3N4 -based ceramic coating on porous Si3N4 ceramic / C. Wang, H. Wang, X. Fan [et al.] // J. Europ. Ceram. Soc. ― 2015. ― Vol. 35, № 6. ― Р. 1743‒1750.

25. Zhang, R. Effect of pre-oxidation on the microstructure, mechanical and dielectric properties of highly porous silicon nitride ceramics / R. Zhang, D. Fang, X. Chen, Y. Pei // Ceram. Intern. ― 2012. ― Vol. 39, № 7. ― Р. 6021‒6026.

26. Анциферов, В. Н. Свойства пористых нитридкремниевых материалов / В. Н. Анциферов, В. Г. Гилев // Огнеупоры. ― 1988. ― № 7. ― С. 20‒23. Antsiferov, V. N. Properties of porous silicon-nitride materials / V. N. Antsiferov, V. G. Gilev // Refractories. ― 1989. ― Vol. 29, № 7/8. ― P. 410‒415. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/BF01297628

27. Анциферов, В. Н. Особенности получения пористых нитридкремниевых материалов из тонкостенных элементов / В. Н. Анциферов, В. Г. Гилев // Порошковая металлургия. ― 1991. ― № 8. ― С. 44‒48. Antsiferov, V. N. Features of preparing porous silicon nitride materials from thin-walled elements / V. N. Antsiferov, V. G. Gilev // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. ― 1991. ― Vol. 30, № 8. ― P. 660‒663. DOI: 10.1007/BF01172043. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01172043?LI=true

28. Анциферов, В. Н. Прессование элементов из шликера для получения выcoкопористого РСНК / В. Н. Анциферов, В. Г. Гилев, А. А. Шацов // Огнеупоры. ― 1992. ― № 1. ― С. 13‒15. Antsiferov, V. N. Pressing components from slip to obtain highly porous reaction-sintered silicon nitride (RSSN) / V. N. Antsiferov, V. G. Gilev, A. A. Shatsov // Refractories. ― 1992. ― Vol. 33, № 1/2. ― P. 23‒28. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01282078?LI=true

29. Анциферов, В. Н. Консолидация шликерных тонкостенных элементов на основе тиксотропных дисперсных систем для получения высокопористого РСНК / В. Н. Анциферов, В. Г. Гилев // Новые огнеупоры. ― 2015. ― № 8. ― С. 39‒43. Antsiferov, V. N. Consolidation of slip thin-walled elements based on thixotropic dispersed systems for preparing highly porous RSSN / V. N. Antsiferov, V. G. Gilev // Refractories and Industrial Ceramics. ― 2015. ― Vol. 56, № 4. ― P. 413‒417. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/s11148-015-9857-6

30. Гилев, В. Г. Получение полых цилиндрических изделий из высокопористого нитрида кремния центробежным формованием стружки из тиксотропного термопластичного шликера / В. Г. Гилев // Новые огнеупоры. ― 2015. ― № 10. ― С. 44‒49. Gilev, V. G. Making Hollow Cylindrical Products of High-Porosity Silicon Nitride by the Centrifugal Forming of Granules of a Thixotropic Thermoplastic Slip / V. G.Gilev // Refractories and Industrial Ceramics. ― 2015. ― Vol. 56, № 5. ― P. 538‒543. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/s11148-016-9883-z

31. Анциферов, В. Н. Особенности получения высокопористых материалов из нитрида кремния, оксинитрида кремния и сиалонов / В. Н. Анциферов, В. Г.Гилев, А. Г. Ланин, Р. М. Якушев // Огнеупоры и техническая керамика. ― 1996. ― № 11. ― С. 8‒13. Antsiferov, V. N. Special features of manufacturing highly porous materials from silicon nitride, silicon oxynitride, and sialons / V. N. Antsiferov, V. G. Gilev, A. G. Lanin, R. M. Yakushev // Refractories and Industrial Ceramics. ― 1996. ― Vol. 37, № 11/12. ― P. 382‒386. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/BF02238703

32. Гилев, В. Г. Высокоскоростное разрушение слоистых преград на основе композиционных материалов Al‒Si3N4 / В. Г. Гилев // Металловедение и термическая обработка металлов. ― 2003. ― № 5. ― С. 21‒26. Gilev, V. G. Rapid fracture of layered shields based on Al‒Si3N4 composite material / V. G. Gilev / Metal Science and Heat Treatment. ― 2003. ― Vol. 45. № 5/6. ― P. 177‒182. DOI: 10.1023/A:1025943319300. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1023/A:1025943319300

33. Antsiferov, V. N. Thermal stress resistance of a porous silicon nitride / V. N. Antsiferov, V. G. Gilyov, A. G. Lanin [et al.] // Ceram. Intern. ― 1991. ― Vol. 17, № 9. ― Р. 181‒185.

34. Гилев, В. Г. Получение проницаемых волокнистых материалов из нитрида кремния / В. Г. Гилев, Л. М. Гревнов // Новые огнеупоры. ― 2015. ― № 6. ― C. 24‒26. Gilev, V. G. Production of Permeable Fibrous Materials Composed of Silicon Nitride / V. G. Gilev, L. M. Grevnov // Refractories and Industrial Ceramics. ― 2015. ― Vol. 56, № 3. ― P. 254‒256. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/s11148-015-9824-2

35. Гилев, В. Г. Получение проницаемых материалов из нитрида кремния консолидацией волокон из термопластичного шликера / В. Г. Гилев, И. Б. Пуртов // Сборник тезисов докладов V международной конференции «Техническая химия. От теории к практике». 19‒23 сентября 2016 г., Пермь. Издание института технической химии УрО РАН, 2016. ― C. 15.

36. Гузман, И. Я. Реакционное спекание в технологии керамики и огнеупоров / И. Я. Гузман // Стекло и керамика. ― 1985. ― № 6. ― C. 16‒18.

37. Porz, F. Oxidation mechanism of porous silicon nitride / F. Porz, F. Thümmler // J. Mater. Sci. ― 1984. ― Vol. 19, № 4. ― Р. 1283‒1295. ― Url.: http://link.springer.com/article/10.1007/BF01120040

38. Grathwohl, G. Interaction between creep, oxidation and microporosity in reaction-bonded silicon nitride / G.Grathwohl, F. Thümmler // Ceram. Intern. ― 1980. ― Vol. 6, № 2. ― P. 43‒50. Url.: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/039055198090040X

39. Haggerty, J. S. High strength, oxidation resistant reaction bonded silicon nitride from laser-synthesized silicon powder / J. S. Haggerty [et al.] // Ceramic Materials and Components for Engines. ― Frankfurt : DKG Verlag, 1986. ― С. 147‒154.

40. Ziegler, G. Relationships between processing, microstructure and properties of dense and reactionbonded silicon nitride / G. Ziegler, J. Heinrich, G. Wötting // J. Mater. Sci. ― 1987. ― Vol. 22, № 9. ― P. 3041‒3086. http://link.springer.com/article/10.1007/BF01161167

41. Siebels I. E. Oxidation and strength of silicon nitride and silicon carbide / I. E. Siebels // Ceram. High Performance Appl. 3 Reliab. Proc. 6th Army Mater. Thechnol. Conf. Orcas. Island. wach., 10‒13 July, 1979, New York ; London, 1983. ― P. 793‒804. http://link.springer. com/chapter/10.1007/978-1-4684-3965-6_40#page-1

Дополнительные файлы

Для цитирования: Гилёв В.Г. Получение высокопористых материалов из нитрида кремния. Новые огнеупоры. 2017;(1):40-47. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-1-40-47

For citation: Gilev V.G. The preparation of highly-porosity materials on base of silicon nitride. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2017;(1):40-47. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-1-40-47

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль