CC BY
19
УДК 666.3.017
Кхин Маунг Сое, Н.А. Попова, Е.С. Лукин
КОМПОЗИЦИОННАЯ КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ С ДОБАВКАМИ ОКСИД АЛЮМИНИЯ И ЭВТЕКТИКА В СИСТЕМЕ SiO2 - MgO
Кхин Маунг Сое аспирант 3 года кафедры химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. *e-mail: khinmgsoe53@gmail.com
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.
Аунг Чжо Мое аспирант 3 года кафедры химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И.
Менделеева, Россия, Москва.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Разработан эффективным методом получения достаточно плотной зернистой керамики из карбида кремния является применение добавок эвтектических составов оксидных систем. Рассмотрено влияние дисперсного порошка эвтектики в системе Al2Os/MgO+SiC:MgO в зависимости от состава шихты, давления прессования и температуры обжига на показатели спекания керамики. Установлено, что после обжига при 1400°С при
введении в состав керамики 7 масс.% SiC:MgO добавки эвтектики пористость составляет 6,6 %, а прочность при изгибе достигает 85 +5 МПа.
Ключевые слова: карбид кремния, уплотнение, спекание, эвтектическая добавка, конструкционная керамика. COMPOSITE CERAMICS ON THE BASIS OF SILICON CARBIDE WITH ADDITIVES OF ALUMINUM OXIDE AND EUTECTIC IN THE SYSTEM SiO2 - MgO
Khin Maung Soe, Popova Nellya Aleksandrovna, Lukin Evgeniy Stepanovich, Aung Kyaw Moe D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Developed An effective method of obtaining a sufficiently dense granular ceramics from silicon carbide is the use of additives of eutectic compositions of oxide systems. The effect of a dispersed eutectic powder in the Al2O3 / MgO + SiC: MgO system depending on the composition of the charge, the pressing pressure and the firing temperature on the ceramics sintering parameters is considered. It was found that after calcination at 1400 С when the 7% by weight SiC: MgO of the eutectic additive is incorporated into the ceramic composition, the porosity is 6.6% and the bending strength reaches 85 ± 5 MP a.
Key words: silicon carbide, compaction, eutectic additive, structural ceramics, sintering.
Интерес к керамике и композитам на основе карбида кремния (БЮ) обусловлен уникальным сочетанием физико-механических свойств этих материалов, которые определяются сохранением высокой конструкционной прочности в высокотемпературном диапазоне(1000 - 1500°С), высокой износостойкостью, стойкостью к многократным теплосменам и агрессивным средам, устойчивостью к радиационным воздействиям, высокой жаростойкостью и теплопроводностью, низким значением коэффициента линейного термического расширения, который позволяет керамике выдерживать термоциклические нагрузки, низкой плотностью и структурной стабильностью при длительных высокотемпературных нагружениях в окислительной атмосфере, доступностью сырьевых материалов для производства керамики [1-3]. Широко применяются в печах с рабочей темпкратурой до 1500°С, нагреватели из карбида кремния, которые являются основными изделиями для получения указанных темпкратур в воздушной среде.
В последние годы для получения изделий из зернистого карбида кремния использует нанопорошки эвтектических составов оксидных систем. Совместное использование зернистого 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, твердость и трещиностойкость.
Цель настоящей работы - выбор состава и количества связующего для получения новых композиционных керамических материалов из зернистого карбида кремния марки F120 с размером зёрен 100 мкм. с введением в состав композта высокодисперсного оксида алюминия содержащего 0,3% MgO и эвтектической добавки в системе MgO -SiO2, при содержании MgO - 35% мас. и SiO2 -65%мас. Температура плавления этой эвтектики -1543°С. Для получения компонента SiO2 использовали дисперсный порошок SiC марки М-3 с размером частиц 3 мкм. Порошок М§0 марки "ЧДА" с порошком SiC при соотношении 1:2 перемешивали в сухую в тефлоновом барабане корундовыми шарами на валковой мельнице в течение двух часов. При термообработки 900°С дисперсный порошок карбида кремния начинает окисляться с образованием высокодисперсного Si02, который взаимодействует с оксидом магния образуя клиноэнстатит, который в свою очередь с избытком Si02 образует эвтектику указанного состава.
Порошок А1203 с добавкой 0,3%мас.М§0 изготавливали с использованием гдроксида
алюминия в форме гибсита и основного углекислого магния. Исходные компоненты перемешивали на планетарной мельнице в этаноле в тефлоновых барабанах с круглыми шарами из диксида циркония в течение 60 минут. Суспензию высушивали и затем прокаливали при 1450°С для получения а - А1203 и образования твердого раствора MgO в а-А1203. Полученный порошок измельчали на планетарной мельнице в барабанах из тефлона в течение одного часа.
Компоненты композиционного материала карбид кремния, порошок оксида алюминия и добавки SiC-MgO перемешивали в сухую на валковой мельнице в тефлоновых барабанах. Составы композиций приведены в таблице 1.
Таблица 1. Составы композиций карбид кремния-оксид алюминия-эвтектическая добавка
Следует отметить, что добавка эвтектического состава в системе SiC:MgO оказалось очень эффективной для спекания и упрочнения керамики из зернистого карбида кремния даже при температуре обжига 1400 °С. Повышение содержания добавок SiC:MgO с 1 до 7 мас.% приводит к росту плотности образцов с 2,38 до 2,46 г/см3, соответственно. Введение добавки системы Al203/Mg0+SiC:Mg0 позволяет получить достаточно плотный материал. Синтезированная керамика из зернистого карбида кремния имеет прочность при изгибе до 85 ±5 МПа, пористость 6,6 % при давлении прессования 200 МПа.
Для приготовления формовочной массы в качестве временного технологического связующего применяли водный 5-ти % раствор поливинилового спирта в количестве 7% от массы шихты. Раствор поливинилового спирта добавляли небольшими порциями к сухой смеси компонентов при непрерывном перемешивании. Из полученной формовочной массы прессовали образцы в виде блочкек штабиков 40*6*5 мм, давление прессования 200 МПа. После прессования образцы сушили в сушильном шкафу при 80-100°С в течение 4 ч, затем обжигали на воздухе в печи с нагревателями из хромита лантана. Образцы нагревали до температуры обжига: до 1400°С со скоростью 200°С/час. Во всех случаях время выдержки при максимальной температуре составляли 3 ч. Свойства образцов, приведены в таблице 2.
Определение открытой пористости, средней плотности и предела прочности при 3-точечном изгибе спеченных образцов определяли по методикам [3, 4].
Список литературы
1. Somiya S., Inomata Y. Silicon Carbide Ceramic. Berlin: Springer, 1991. P. 305.
2. Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы. М.: Металлургия, 1977. 215 с..
3. Практикум по технологии керамики / Под ред. И.Я. Гузмана. М.:ООО РИФ «Стройматериалы», 2004. 195 с.
4. Лукин Е.С., Андрианов Н.Т. Технический анализ и контроль производства керамики. М.: Стройиздат, 1986. 272 с.
Концентрация исходных компонентов,
№ состава мас.%
SiC A^/MgO SiC:MgO
1 79 20 1
2 78 20 2
3 77 20 3
4 75 20 5
5 73 20 7
Таблица 2. Свойства образцов керамики
Составы образцов Довление прессования, (МПа) Исследуемые параметры
Плотность, (г/см3) Пористость, (%) Прочность при изг,(МПа)
SiC + 20 мас.% AbOs/MgO + 1% мас. SiC:MgO 200 2,38 18,8 41 =5
SiC + 20 мас.% AbOa/MgO + 2% мас. SiC:MgO 200 2,42 13,2 52 ±5
SiC + 20мас.% A^/MgO + 3% мас. SiC:MgO 200 2,43 10,4 55+5
SiC + 20мас.% Al2O3/MgO + 5 % мас. SiC:MgO 200 2,44 8,2 64 +5
SiC + 20 мас.% A^/MgO + 7% мас. SiC:MgO 200 2,46 6,6 85 ±5
