ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ РЕАКЦИОННОГО СПЕКАНИЯ КОМПОЗИТОВ B4C‒SiC‒Si(Al)


https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-12-42-48

Полный текст:


Аннотация

Проанализировано формирование фаз в процессе реакционного спекания материалов на основе карбида бора в присутствии расплавов кремния, алюминия или смеси кремния с алюминием. Рассмотрено межфазное взаимодействие, приведены данные о температурах плавления (разложения) и кристаллографические данные о кристаллических фазах в рассматриваемых системах. Обсуждены способы уменьшения содержания Si и Al4C3 в составе реакционно-спеченного материала из-за их негативного влияния на его физико-химические свойства.


Об авторах

С. С. Орданьян
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
Россия

Доктор технических наук 

Санкт-Петербург



Д. Д. Несмелов
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
Россия

Кандидат технических наук 

Санкт-Петербург



А. И. Овсиенко
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
Россия
Санкт-Петербург


Список литературы

1. Suri, A. K. Synthesis and consolidation of boron carbide: a review / A. K. Suri, C. Subramanian, J. K. Sonber [et al.] // Int. Mater. Rev. ― 2010. ― Vol. 55, № 1. ― P. 4‒40. http://dx.doi.org/10.1179/095066009X12506721665211

2. Thevenot, F. Boron carbide ― a comprehensive review / F. Thevenot // J. Europ. Ceram. Soc. ― 1990. ― Vol. 6, № 4. ― P. 205‒225. https://doi.org/10.1016/09552219(90)90048-K

3. Андриевский Р. А. Микрои наноразмерный карбид бора: синтез, структура и свойства / Р. А. Андриевский // Успехи химии. ― 2012. ― Т. 81, № 6. ― С. 549‒559. [Andrievski, R. A. Microandnanosizedboroncarbide: synthesis, structure and properties / R. A. Andrievski // Russ. Chem. Rev. ― 2012. ― Vol. 81, № 6. ― P. 549.] https://doi.org/10.1070/RC2012v081n06ABEH004287

4. Sciti, D. Sintering and densification mechanisms of ultra-high temperature ceramics / D. Sciti, L. Silvestroni,V. Medri [et al.] // Ultra-High Temperature Ceramics: Materials for Extreme Environment Applications. ― 2014. ― С. 112‒143. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781118700853.ch6/summary

5. Гнесин, Г. Г. Карбидокремниевые материалы / Г. Г. Гнесин. ― М. : Металлургия, 1977. ― С. 373‒376.

6. Dariel, M. P. Reaction bonded boron carbide: recent developments / M. P. Dariel, N. Frage // Advancesin Applied Ceramics. ― 2012. ― Vol. 111, № 5/6. ― С. 301‒310. http://dx.doi.org/10.1179/1743676111Y.0000000078

7. Thuault, A. Processing of reaction-bonded B4C‒ SiC composites in a single-mode microwave cavity / Thuault, S. Marinel, E. Savary [et al.] // Ceram. Int. ― 2013. ― Vol. 39, № 2. ― Р. 1215‒1219. https://doi. org/10.1016/j.ceramint.2012.07.047

8. Пат. 7332221 США. Boron carbide composite bodies, and methods for making same / Aghajanian M. K., McCormick A. L., Morgan B. N. [et al.]. ― 2008. https://ww.google.com/patents/US7332221

9. Заяв. пат. 13/752,135 США. Boron-silicon-carbon ceramic materials and method of making / Anderson F. E., McNerney K. R., Brazil S. M. ― 2013. https://www.google.com/patents/US20130168905

10. Zhou, Y. Microstructure and mechanical properties of reaction bonded B4C‒SiC composites: The effect of polycarbosilane addition / Y. Zhou, D. Ni, Y. Kan [et al.] // Ceram. Int. ― 2017. ― Vol. 43, № 8. ― P. 5887‒5895. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.01.066

11. Пат. 2440956 РФ. Способ изготовления керамического бронематериала на основе карбида кремния и карбида бора и керамический бронематериал на основе карбида кремния и карбида бора / Харченко Е. Ф., Анискович В. А., Ленский В. В., Гавриков И. С., Быков В. А. ― 2011. http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=02440956

12. Пат. 2621241 РФ. Наноструктурированный композиционный материал на основе карбида бора и способ его получения / Овсиенко А. И., Румянцев В. И., Фищев В. Н., Орданьян С. С. ― 2017. http://www1.fips. ru/wps/portal/IPS_Ru#1498767399125

13. Halverson, D. C. Processing of boron carbidealuminum composites / D. C. Halverson, A. J. Pyzik, I.A. Aksay [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 1989. ― Vol. 72, № 5. ― P. 775‒780. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1151-2916.1989.tb06216.x/full

14. Пат. 4605440 США. Boron-carbide-aluminum and boron-carbide-reactive metal cermets / Halverson D. C., Pyzik A. J., Aksay I. A. ― 1986. https://www.google.com/patents/US4605440

15. Пат. 5508120 США. Boron carbide cermet structural materials with high flexure strength at elevated temperatures / Pyzik A. J., Fuller S. M., Beaman D. R. ― 1996. https://www.google.com/patents/US5508120

16. Пат. 7160627 США. Boron containing ceramicaluminum metal composite and method to form the composite. ― Pyzik A. J., Deshmukh U. V., Shinkel N. M., Allen T. L. ― 2007. https://www.google.com/patents/US7160627

17. Пат. 8186565 США. Method of bonding aluminumboron-carbon composites / Pyzik A. J., Newman R. A. ― 2012. https://www.google.com/patents/US8186565

18. Frage, N. Manufacturing B4C‒(Al, Si) composite materials by metal alloy infiltration / N. Frage, L. Levin,N. Frumin [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. ― 2003. ― Vol. 143. ― P. 486‒490. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00301-7

19. Korniyenko, K. Refractory metal systems: phase diagrams, crystallographic and thermodynamic data. Ch. Boron‒Carbon‒Silicon / K. Korniyenko. ― Springer Berlin Heidelberg, 2009. ― P. 499‒534. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-88053-0_21

20. Rogl, P. F. The B-rich side of the B‒C phase diagram / P. F. Rogl, J. Vrestal, T. Tanaka [et al.] // Calphad. ― 2014. ― Vol. 44. ― P. 3‒9. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2013.07.016

21. Andrievski, R. A. Superhard materials based on nanostructured high-melting point compounds: achievements and perspectives / R. A. Andrievski // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. ― 2001. ― Vol. 19, № 4. ― P. 447‒452. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(01)00023-3

22. Gao, F. Hardness of covalent crystals / F. Gao, J. He, E. Wu [et al.] // Phys. Rev. Lett. ― 2003. ― Vol. 91, № 1. ― P. 015502. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.015502

23. Волков, А. И. Большой химический справочник / А. И. Волков, И. М. Жарский. ― Минск : Современная школа, 2005. ― 608 с.

24. Алексеев, Г. А. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений : справочник / Г. А. Алексеев, Г. А, Бовкун, А. С. Болгар [и др.] ; под ред. Т. Я. Косолаповой. ― М. : Металлургия, 1986. ― 928 с.

25. 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. ― P. 329‒377. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.05.016

26. Cline, C. F. A new silicon boride, SiB4 / C. F. Cline, D. E. Sands // Nature. ― 1960. ― Vol. 185, № 4711. ― P. 456. https://www.nature.com/nature/journal/v185/n4711/abs/185456a0.html

27. De Azevedo, M. G. The high temperature ‒ high pressure sintering of diamond‒Cu‒Si‒B composite / M. G. De Azevedo, A. Potemkin, A. L. D. Skury [et al.] // Diamond Relat. Mater. ― 2001. ― Vol. 10, № 9. ― P. 1607‒1611. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(01)00418-6

28. Cline, C. F. An investigation of the compound silicon boride (SiB6) / C. F. Cline // J. Electrochem. Soc. ― 1959. ― Vol. 106, № 4. ― P. 322‒325. http://jes.ecsdl.org/content/106/4/322.short

29. Hayun, S. The morphology of ceramic phases in BxC‒ SiC‒Si infiltrated composites / S. Hayun, N. Frage, M. P. Dariel // J. Solid State Chem. ― 2006. ― Vol. 179, №. 9. ― Р. 2875‒2879. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2006.01.031

30. Chen, Z. F. Formation and sintering mechanisms of reaction bonded silicon carbide ‒ boron carbide composites / Z. F. Chen, Y. C. Su, Y. B. Cheng // Key Eng. Mater. ― 2007. ― Vol. 352. ― P. 207‒212. https://www. scientific.net/KEM.352.207

31. Hayun, S. Static and dynamic mechanical properties of infiltrated B4C‒Si composites / S. Hayun, D. Rittel, N. Frage [et al.] // Mater. Sci. Eng., A. ― 2008. ― Vol. 487, №. 1. ― P. 405‒409. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.11.062

32. Grytsiv, A. Refractory metal systems: phase diagrams, crystallographic and thermodynamic data. Ch. Aluminium ‒ boron ‒ carbon / A. Grytsiv, P. Rogl. ― Springer Berlin Heidelberg, 2009. ― P. 10‒38. https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-540-88053-0_3

33. Grytsiv, A. Al‒B‒C (Aluminum–Boron–Carbon) // Light Metal Systems. Part 1: Selected Systems from Ag‒ Al‒Cu to Al‒Cu‒Er / A. Grytsiv, P. Rogl. ― Springer Berlin Heidelberg, 2004. ― P. 29‒51. https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F10915943_6?LI=true

34. Stratiichuk, D. A. Phase formation in the Al‒BC ternary system at high pressures and temperatures / D. A. Stratiichuk, M. A. Tonkoshkura, N. N. Belyavina [et al.] // Journal of Superhard Materials. ― 2011. ― Vol. 33, № 5. ― P. 285. https://link.springer.com/article/10.3103%2FS1063457611050017?LI=true

35. Pyzik, A. J. Al‒B‒C phase development and effects on mechanical properties of B4C/Al ‒ derived composites / A. J. Pyzik, D. R. Beaman // J. Am. Ceram. Soc. ― 1995. ―Vol. 78, № 2. ― P. 305‒312. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1151-2916.1995.tb08801.x/full

36. Salamone, S. Microstructure and phase relationship of aluminum boride/carbide composites / S. Salamone, M. Aghajanian, S. E. Horner [et al.] // Mechanical Properties and Performance of Engineering Ceramics and Composites XI: Ceramic Engineering and Science Proceedings. ― 2017. ― Vol. 37, № 2. ― С. 183. https://books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=DXqxDQAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA183&dq=Microstructure+and+Phase+Relationship+of+Aluminum+Boride/Carbide&ots=4Up4nXId4z&sig=ue3kHObSffVHeQYAfcE9DgbD2Xk&redir_esc=y#v=onepage&q=Microstructure%20and%20Phase%20Relationship%20of%20Aluminum%20Boride%2FCarbide&f=false

37. Lee, S. H. Al3BC3 powder: processing and synthetic mechanism / S. H. Lee, J. S. Lee, H. Tanaka [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2009. ― Vol. 92, №. 12. ― P. 2831‒2837. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.15512916.2009.03292.x/full

38. Lee, S. H. Thermal stability of Al3BC3 / S. H. Lee, H. Tanaka // J. Am. Ceram. Soc. ― 2009. ― Vol. 92, № 9. ―P. 2172‒2174. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2009.03171.x/full

39. Zhang, X. F. Secondary phases in hot pressed aluminum boron carbon–silicon carbide / X. F. Zhang, M. E. Sixta, L. C. Jonghe // J. Am. Ceram. Soc. ― 2001. ― Vol. 84, № 4. ― P. 813‒820. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1151-2916.2001.tb00746.x/full

40. Ivanovskii, A. L. Hardness of hexagonal AlB2-like diborides of s, p and d metals from semi-empirical estimations / A. L. Ivanovskii // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. ― 2013. ― Vol. 36. ― P. 179‒182. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.08.013

41. Шульженко, А. А. Соединение AlB40C4 ― новый сверхтвердый материал / Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент ― техника и технология его изготовления и применения : сб. науч. тр. Вып. 5 / А. А. Шульженко, А. Н. Соколов. ― Киев : ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2003. ― С. 124‒127.

42. Besterci, M. Mechanical properties of phases in Al‒ Al4C3 mechanically alloyed material measured by depth sensing indentation technique / M. Besterci, L. Pešek, P. Zubko [et al.] // Mater. Lett. ― 2005. ― Vol. 59, № 16. ― P. 1971‒1975. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.01.011

43. Novikov, N. V. On the achievements of Bakul Institute for superhard materials, National academy of sciences of Ukraine, in the field of synthesis and sintering of superhard materials over the past 50 years of the Institute’s activities / N. V. Novikov // Journal of Superhard Materials. ― 2011. ― Vol. 33, № 3. ― P. 147‒150. https://link.springer.com/article/10.3103%2FS1063457611030014?LI=true

44. Lukas, H. L. Refractory metal systems: phase diagrams, crystallographic and thermodynamic data. Ch. Aluminium–boron–silicon / H. L. Lukas. ― Springer Berlin Heidelberg, 2009. ― С. 50‒62. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-88053-0_5

45. Gröbner, J. Thermodynamic calculation of the ternary system Al‒Si‒C / J. Gröbner, H. L. Lukas, F. Aldinger // Calphad. ― 1996. ― Vol. 20, № 2. ― P. 247‒254. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(96)00027-2

46. Yokokawa, H. Phase relations associated with the aluminum blast furnace: aluminum oxycarbide melts and Al‒CX (X = Fe, Si) liquid alloys / H. Yokokawa, M. Fujishige, S. Ujiie [et al.] // Metall. Mater. Trans. B. ― 1987. ― Vol. 18, № 2. ― P. 433‒444. https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02656164?LI=true

47. Murray, J. L. The Al‒Si (aluminum‒silicon) system /J. L. Murray, A. J. McAlister // J. Phase Equilib. ― 1984. ― Vol. 5, № 1. ― P. 74‒84. https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02868729?LI=true

48. Sun, L. Structural, mechanical, thermal and electronic properties of novel ternary carbide Al4Si2C5 under high pressure by DFT calculation / L. Sun, Y. Gao, K. Yoshida [et al.] // Int. J. Mod. Phys. B. ― 2016. ― Vol. 31, № 3. ― P. 1750012-1‒1750012-17. http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217979217500126

49. Inoue, K. Synthesis of Al4SiC4 / K. Inoue, A. Yamaguchi // J. Am. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 86, № 6. ― P. 1028‒1030. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03414.x/full

50. Gaballa, O. Formation, densification, and selected mechanical properties of hot pressed Al4SiC4, Al4SiC4 with 30 vol. % WC, and Al4SiC4 with 30 vol. % TiC / O. Gaballa, B. Cook, A. Russell // Ceram. Int. ― 2011. ― Vol. 37, № 8. ― P. 3117‒3121. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.05.050

51. Trujillo-Vázquez, E. Elimination of Al4C3 phase in Al/ SiCp composites by HYSYCVD / E. Trujillo-Vázquez, M. I. Pech-Canul, L. A. González [et al.] // Mater. Sci. Forum. ― Trans. Tech. Publications. ― 2013. ― Vol. 755. ― P. 9‒14. https://www.scientific.net/MSF.755.9


Дополнительные файлы

Для цитирования: Орданьян С.С., Несмелов Д.Д., Овсиенко А.И. ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ РЕАКЦИОННОГО СПЕКАНИЯ КОМПОЗИТОВ B4C‒SiC‒Si(Al). Новые огнеупоры. 2017;(12):42-48. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-12-42-48

For citation: Ordanian S.S., Nesmelov D.D., Ovsienko A.I. PHASE FORMATION DURING THE COMPOSITE B4C‒SiC‒ Si(Al) Reactive Sintering. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2017;(12):42-48. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-12-42-48

Просмотров: 111

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


ISSN 1683-4518 (Print)