Спекание керамики из нитрида кремния в режиме СВС Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ний, которые сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в исследованных композиционных материалах. Звуковые и тепловые потоки, проходя по материалу переменной плотности и структуры и, отражаясь от резонирующих полифактурных поверхностей, меняют частоту, амплитуду, снижают свою интенсивность.

Размер дробленых частиц пеностекла выбран исходя из анализа результатов экспериментальных данных: частицы именно такого размера имеют развитую внешнюю поверхность, позволяющую обеспечивать прочное сцепление в силикатных ячеистых бетонах, и ядер с неразрушенными порами, которые являются носителями основных тепло- звукоизоляционных свойств пеностекольного материала. Полученные стеновые материалы имеет следующие преимущества: теплопроводность снижена более чем в 2 раза; коэффициент звукопоглощения при этом увеличивается в 1,2-1,3 раза, прочность при сжатии удовлетворяет требованиям ГОСТа.

Силикатные ячеистые изделия, содержащие в своем составе теплоизоляционное пеностекло, имеют значительно меньшие показатели сорбционной влажности при хранении их в атмосфере, насыщенной водяными парами, что благоприятно сказывается на стабильности их теплоизолирующих характеристик по сравнению с ячеистыми бетонами без добавок дробленого пеностекла. Силикатные изделия с добавками звукоизоляционного и ячеистого пеностекла отличаются повышенной прочностью, на их основе можно получать декоративно-отделочные материалы с уникальными тепло- и звукоизоляционными характеристиками. Разработка представляет интерес для всех регионов России и стран СНГ.

Список литературы

1. Пат. РФ № 2305670 РФ, МПК С04В 38/00. Сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения для строительных изделий и строительное изделие / В.М. Воронцов, Р.В. Лесовик, А.В. Мосьпан и др. № 2006128978/03; Заявлено 09.08.2006. Опубл. 10.09.2007. Бюл. № 25, Приоритет 09.08.2006. - 5с.

2. Чернышов, Е.М. Разрушение конгломератных строительных материалов: концепции, механизмы, принципы и закономерности управления/ Е.М.Чернышов, А.И. Макеев //Строительные материалы. - 2007. - № 9. - С.63-65.

УДК 666.293.762

А.С. Лысенков,* Ю.Ф. Каргин,* А.И. Захаров,** С.М. Колесникова,** Н.А. Попова,** И.П. Боровинская,*** В.В. Закоржевский***

* Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия

** Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

*** Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Россия

СПЕКАНИЕ КЕРАМИКИ ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ В РЕЖИМЕ СВС

Sintering of Silicon Nitride during Self-Propagating High-Temperature Synthesis are studied. The starting mixture contained Silicon Nitride and Silicon powder with oxide additives. The green samples are obtained by pressing and paraffin casting. Data of microscope study, mechanical and other properties of sintering samples are presented. Results of repeat sintering are compared with previous sintering.

Изучали спекание нитрида кремния в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Исходная смесь содержала порошки нитрида кремния, кремния и добавки оксидов. Образцы формовали методами прессования и парафинового литья. Приведены данные микроскопии, механические и иные свойства спеченных образцов. Проведено сравнение результатов первого и повторного спеканий.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) известен как эффективный способ получения порошков тугоплавких соединений, в том числе нитрида кремния [1]. Управляя процессом горения порошка кремния в среде азота, можно получать рыхлый спек тонкодисперсных (менее 5 мкм) частиц нитрида кремния нужной полиморфной модификации. Режим высокотемпературного горения кремния позволяет использовать СВС реактор как химическую печь, в которой можно проводить спекание.

Целью работы было получение керамики на основе нитрида кремния спеканием в реакторе СВС при синтезе нитрида кремния. В качестве исходных использовали порошки нитрида кремния, полученные методом СВС, в которые совместным помолом вводили добавки оксидов в системе А1-У-БьО, активирующих спекание. Для повышения плотности спекаемых образцов в смесь вводили порошок кремния. Образцы формовали методами полусухого прессования и горячего парафинового литья. После удаления связки образцы помещали в реактор для СВС (Рис. 1).

Фазовый состав и микроструктуру спеченных образцов изучали методами петрографии, рентгенофазового анализа и электронной микроскопии. Методом керосино-насыщения определяли плотность и водопоглощение керамики, предел прочности при изгибе определяли методом трехточечного изгиба.

Спеченные образцы имели плотность 90-95%. Оксидные добавки образовывали стеклофазу по границам зерен первичного нитрида кремния, частично кристаллизуясь в виде силикатов. Отмечена закрытая межкристаллическая пористость с размером пор 1 -5 мкм. Предел прочности при изгибе спеченных образцов зависел от плотности и составлял до 500 МПа.

Были проведены эксперименты по доспеканию полученных образцов. Доспека-ли образцы различной пористости и фазового состава. Установлено, что нитрид кремния целиком переходит в высокотемпературную Р-фазу, в некоторых случаях размер частиц призматической формы укрупняется. Стеклофаза, образовавшаяся вовремя первого спекания, при доспекании большей частью кристаллизуется в виде оксидов и силикатов, частично оставаясь в виде стеклофазы сложного состава твердых растворов. Плотность и механическая прочность образцов увеличивалась в 1,2 - 1,5 раза. Пористость значительно уменьшалась, уменьшался так же размер пор.

Ают

Рис. 1. Схема СВС-реактора: 1 - корпус; 2 - графитовая футеровка; 3 - реакционная шихта; 4 - грибковый затвор; 5 - газораспределительный узел

В результате проведенных экспериментов показано, что спеканием в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза можно спекать порошки нитрида кремния, используя добавки оксидов и кремния, достигая плотности и прочности, получаемой обычным спеканием без повышения давления газовой среды.

Основной проблемой подобного метода спекания является большой градиент температуры между внутренней и периферийной частью горящей шихты (-200-250°), связанный с процессами тепломассообмена, протекающими между горящей шихтой и внешней средой (газовый объем реактора, стенка лодочки и реактора), который приводят к большому разбросу свойств образцов.

Список литературы

1. Левашов, Е.А. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза/ Е.А.Левашов, А.С.Рогачев, В.И.Юхвид, И.П.Боровинская. - М.: «Издательство БИНОМ». - 176 с.

УДК 66.047

В.С. Рыженков, С.М. Савельева, Н.В. Голубев, С.В. Лотарев, В.Н Сигаев

Центр оптического стекла Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СТЕКЛА СИСТЕМ K2O-Nb2O5-SiO2 И K2O-Nb2O5-B2O3 С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ СТЕКЛООБРАЗОВАТЕЛЯ

Glass-formation and crystallization of rapidly quenched K2O-Nb2O5-SiO2 (KNS) and K2O-Nb2O5-B2O3 (KNB) glasses containing SiO2 and B2O3 less than 50 mol.% were examined. Pressing of melt by metal plates allows to obtain amorphous plates down to 12 mol.% SiO2 (B2O3) content. Fiber- and chip-like amorphous materials were prepared by air and nitrogen blowing of melts even for composition with 1 mol.% SiO2. KNB and high-silicate KNS glasses crystallize at temperatures from Tg to 900oC with formation of poorly-identified cen-trosymmetric phases. Heat treatments of low-silicate KNS glasses lead to ferroelectric KNbO3 crystallization.

Изучено стеклообразование и кристаллизация стекол в системах K2O-Nb2O5-SiO2 (KNS) и K2O-Nb2O5-B2O3 (KNB) при содержаниях SiO2 и B2O3 менее 50 мол.% в условиях повышенных скоростей охлаждения расплава. Прессованием получены рентгеноаморфные пластины при минимальном содержании SiO2(B2O3) 12 мол.%. Раздувом расплава получены волокнистые и чешуйчатые аморфные материалы при концентрации стеклообразователя до 1 мол.%. KNB и высокосиликатные KNS стекла кристаллизуются с образованием плохо идентифицируемых центросимметричных фаз при температурах от Tg до 900оС, тогда как в низкосиликатных KNS стеклах выделяется сегнетоэлектрический KNbO3.

Интерес к исследованиям щелочно-силикатных, германатных, боратных и фосфатных стекол, содержащих оксид ниобия, связан, прежде всего, с наличием у них электрооптических [1] и нелинейно-оптических [2, 3] свойств. Большинство исследований стекол систем Me2O-Nb2O5-SiO2 было выполнено для составов, содержащих более 50 мол.% кремнезема. Кристаллизация сегнетоэлектрического KNbO3 была отмечена лишь в работе [4] для стекол составов с 20-30 мол.% SiO2. Для боратных, германатных и фосфатных систем подобная информация отсутствует. Выделение в прозрачных стеклах KNbO3 кристаллов с огромной квадратичной оптической нелинейностью и фазовым синхронизмом ранее не наблюдалось, в то время как ниобат лития легко кристаллизуется на поверхности и в объеме стекла [5, 6]. Выделение из стекла KNbO3 перспек-