CC BY
79
УДК 666.3.017
Кхин Маунг Сое, Попова Н.А., Лукин Е.С.
КОМПОЗИЦИОННАЯ КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННАЯ ДОБАВКАМИ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Кхин Маунг Сое аспирант 2 года кафедры химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. *e-mail: [email protected]
Попова Нелля Александровна к.т.н., ст.преп. кафедры химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Лукин Евгений Степанович д.т.н., профессор РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Эффективный метод получения керамики на основе карбида кремния с повышенными механическими характеристиками, посредством введения добавок эвтектических составов. Спекание карбида кремния может, осуществлятся за счет введения спекающих добавок оксидов алюминия, магния и титана. Исследовано влияние порошка добавки на механические свойства керамики; установлено оптимальное количество модифицирующих добавок.
Ключевые слова: карбид кремния, уплотнение, эвтектическая добавка, конструкционная керамика, спекание.
COMPOSITE CERAMICS ON THE BASIS OF SILICON CARBIDE, MODIFIED BY ADDITIVES OF EVETIC COMPOSITIONS
Khen Aung My, Popova Nellya Aleksandrovna, Lukin Evgeniy Stepanovich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Effective method for producing ceramics based on silicon carbide with increased mechanical characteristics, by introducing additives of eutectic compounds. Sintering of silicon carbide can be carried out by introducing sintering additives of aluminum, magnesium and titanium oxides. The influence of additive powder on the mechanical properties of ceramics has been studied; An optimum number of modifying additives has been established.
Key words: silicon carbide, compaction, eutectic additive, structural ceramics, sintering.
Введение
Одним из наиболее широко используемых материалов в технике является карбид кремния. Керамика на основе карбид кремния обладает уникальными свойствами: высокой твердостью, долговечностью, теплопроводностью, огнестойкостью, прочностью, низким коэффициентом линейного теплового расширения, значительной устойчивостью к окислению при температурах до 1500 ° С, химической инертностью, коррозией и радиационной стойкостью [1-3].
Особенностью метода получения новых керамических материалов на основе SiC является использование порошков оксидных эвтектических составов, подготовленных химическими методами, которые подвергают механоактивации совместно с бескислородными соединениями для получения однородной высокоактивной к спеканию смеси порошков.
Предпринята попытка создать энергоэффективную технологию получения керамики на основе карбида кремния посредством введения в состав зернистого карбида кремния добавок эвтектических составов, которые после жидкофазного уплотнения образуют в результате необратимой химической реакции между собой, новую высокоогнеупорную твердую фазу. В результате жидкая фаза исчезает, а
высокотемпературные свойства керамики в дальнейшем при эксплуатации не ухудшаются.
Совместное использование порошка карбида и оксидных эвтектических добавок дает возможность создать керамические материалы с улучшенными физико-техническими характеристиками.
Ультрадисперсные закристаллизованные фазы эвтектики обеспечивают снижение температуры спекания, что придает материалу необходимую прочность, и трещиностойкость.
Цель данной работы - получение композиционные керамики на основе карбида кремния зернистостью 100 мкм с эвтектическими добавками в системе: А1203-ТЮ2-МпО и исследование ее свойств в зависимости от содержания добавки.
В качестве таких добавок использовали эвтектики в системе: А1203 -ТЮ2 -МпО (А и В), составы которых представлены на рисунке 1. В качестве исходного компонента матрицы использовали промышленный порошок а - SiC Волжского абразивного завода марки F - 120.
В качестве исходной композиции использовали составы, содержащие 80, 85 мас. % SiC и 15, 20 мас.% эвтектической добавки составов А и В. Высушенные порошки добавки в количестве 15 и 20 мас.% смешивали с наполнителем карбидом кремния сухим способом в тефлоновом барабане с
корундовыми мелющими телами в течение определенного времени, соотношение мелющие шары : материал =1 : 1. На рисунке 2 показана микроструктура порошков шихты с эвтектическими добавками состава А (рис.2а) и состава В (рис.2б) после смешения в шаровой мельнице. В шаровой мельнице произошло разрушение агрегатов эвтектической добавки на более мелкие фрагменты, как показано на рис. 2, которые после сухого смешения с зернистой матрицей карбида кремния сегрегируются на зернах а^Ю, образуя непрерывные прослойки толщиной 5^-10 мкм.
AUО,
WniljOj-l
иж
tinAlA'
Рисунок 1 Диаграммы состояния системы А1203-ТЮ2-МпО, состав эвтектических добавок в точке: А и В
После смешивания и введения временной технологической связки получали порошковую формовочную массу, из которой прессовали образцы в виде балочек размером 40*6*6 мм. В качестве временной технологической связки использовали водный раствор поливинилового спирта (5 мас. %). Образцы, содержащие 15, 20 масс % добавки составов: А и В обжигали при температуре 1350°С на воздухе.
Свойства образцов, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Свойства образцов состава (А и В) в системе
А1203-ТЮ2-Мп0 , изготовленных при давлениях прессования 100 МПа и обожженных при температурах 1350 °С
Увеличение содержания добавок А1203 - ТЮ2 -МпО (А и В) с 15 мас. % до 20 мас. % приводит к росту плотности образцов с 2,16 до 2,18 г/см3 и с 2,18 до 2,25 г/см3, соответственно. Введение добавки в системе А1203 -ТЮ2 -МпО состава В (рис.1) при прочих равных условиях позволяет получить более плотный и менее пористый материал.
Состав образцов Исследуемые параметры
р, г/см3 П, % сизг, МПа
SiC + 15 мас. % добавка(А) 2.16 26.24 32±5
SiC + 20 мас. % добавка(А) 2.18 25.09 36±5
SiC + 15 мас. % добавка (В) 2.18 24.64 38±5
SiC + 15 мас. % добавка(В) 2.25 18.26 45±5
Рисунок 2 Фотографии микроструктуры шихты после смешения в шаровой мельнице (а)- с эвтектической добавкой состава: А , (б)-с эвтектической добавкой состава: В
Таким образом, результаты исследований показывают, что, по всей вероятности, для этих систем необходимо введение в состав композиций дисперсного оксида алюминия, который в сочетании с добавкой используемого эвтектического состава может обеспечить уплотнение и упрочнение композиционной керамики на основе зернистого карбида кремния.
Список литературы
1. Abraham T. Powder Market Update: Nanoceramic Applications Emerge // Am. Cer. Soc. Bull. 2004. V. 83. N. 8. P. 23.
2. Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. Пер. с англ. М.:Техносфера, 2004. 408 с.
3. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984. 256 с.
