Керамика на основе карбида кремния, модифицированная добавками эвтектических составов

• Автор: Житнюк, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Получение карбида кремния и основные свойства керамики на его

основе

1.2. Политипы карбида кремния

1.3. Особенности спекания карбида кремния

1.3.1. Основные закономерности спекания керамических материалов и факторы, на пего влияющие

1.3.1.1. Горячее прессование керамических материалов

1.3.1.2. Спекание керамических материалов по твердофазному механизму

1.3.1.3. Спекание керамики с добавками, образующими жидкую фазу

1.3.1.4. Реакционное спекание керамических материалов
1.3.2. Жидкофазное спекание карбида кремния
1.4. Керамические бронсматсриалы
1.4.1. Производство броневой керамики за рубежом
1.4.2. Свойства бронсматериалов
1.4.3. Рынки и поставщики
1.4.4. Российские производители броневой керамики
2. Экспериментальная часть
2.1. Цель и направления исследований
2.2. Исходные материалы и методы их получения
2.3. Методы исследований
2.3.1. Дифференциально — термический метод анализа (ДТА)
2.3.2. Рентгенофлуоресцентный спектральный анализ
2.3.3. Качественный рентгенофазовый анализ (РФА)
2.3.4. Дифференциально - сканирующая калориметрия (ДСК)
2.3.5. Петрографический анализ
2.3.6. Определение керамических свойств образцов
2.3.7. Определение механической прочности образцов
2.3.8. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
2.3.9. Определение линейной усадки
2.3.10. Определение мнкротвердостн
2.3.11. Определение критического коэффициента интенсивности напряжений
2.3.12. Определение модуля упругости
2.3.13. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
2.3.14. Математическая обработка экспериментальных данных
2.3.15. Методика подготовки и обжига материала
2.4. Изготовление спекающих добавок МпО - ТЮ2 и CaO - В2Оз - Si

2.4.1. Модифицирующие добавки в системах СаО - В2Ол - Si02 и МпО-ТЮ
2.5. Исследование свойств керамики на основе карбида кремния с эвтектическими добавками СаО - В203 - Si02 и МпО - ТЮ
2.6. Основные подходы к выбору модифицирующих добавок
2.7. Изготовление спекающих добавок в системах СаО - А12Оз - Y202,
MgO - А12Оз - Y2Oj и Al203-Zr
2.7.1. Модифицирующая добавка в системе Ca0~AI203-Y
2.7.2. Модифицирующая добавка в системе MgO - А12Оз - Y
2.7.2.1. Синтез MgAl204 .
2.1.2.2. Синтез УзАІ5Оі2 методом осаждения из водных растворов
2.7.3. Модифицирующая добавка в системе AI203-Zr
2.8. Исследование свойств керамики на основе карбида кремния с добавками эвтектических составов в системах СаО - А12Оз - Y203,
MgO - А12Оз - Y203 и А12Оз - Zr
3. Обсуждение результатов
4. Выводы
Список литературы
«Количественные измерения химической диаграммы «состав - свойства» открывают существование особых видов фаз, дающих исследователю важные критерии для суждения о природе соединения и химического индивида»
Н. С. Курнаков
Введение
На протяжении двадцатого века керамика из изделий строительного и хозяйственно-бытового назначения превратилась в многофункциональный материал, и областями ее применения стали электротехника, электроника, машиностроение, где прочность и стойкость к хрупкому разрушению крайне важны. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что прочность керамики за последние 100 лет увеличилась в 3-5 раз.
Интерес к керамике, как к конструкционному материалу, значительно вырос и объясняется не только тем, что предел ее прочности при изгибе достиг 2000 МПа, по и тем, что она характеризуется высокой износостойкостью, твердостью, огнеупорностью, коррозионной стойкостью, в ряде случаев малой плотностью.
Концепции преобразования российской промышленности предполагают создание технологий принципиально новых материалов, обеспечивающих развитие различных секторов экономики. Последнее в полной мере относится к керамике, металлам, полимерам, стеклу, а также затрагивает композиционные материалы, создание которых принципиально возможно на их основе.
Рассматривая область керамического материаловедения, следует отметить, что керамика характеризуется совокупностью уникальных физико - технических свойств, которыми не обладает практически ни один класс материалов. По мнению ряда специалистов [1, 2], конструкционная керамика вытесняет ряд металлов и сплавов аналогичного назначения. Установлено, что на долю керамики, главным образом содержащей ,81С, А120з, 7г02, в настоящее время приходится более 20 % мирового производства конструкционных материалов, и их роль в дальнейшем будет возрастать (рис. 1.1) [2].
Заслуга в теоретическом осмыслении спекания в присутствии жидкой фазы принадлежит Кингери [35]. Именно он впервые обосновал возможность полного уплотнения пористых заготовок при наличии менее 35 об. % жидкой фазы в системе. В этом случае спекание не прекращается в момент максимального стягивания тугоплавких частиц, поскольку происходит растворение контактных участков и дальнейшее сближение центров зерен. В итоге объемное содержание кристаллических фаз в материале составляет 80 - 90 % вместо 60 - 65 % для случая, когда расплав не растворяет частицы.
Согласно Кингери, необходимым условием спекания является смачивание частиц твердой фазы и проникновение жидкости между этими частицами. В результате действия капиллярных сил обжигаемая заготовка оказывается под давлением, эквивалентным гидростатическому давлению, приложенному ко всей системе. В точках контакта частиц, разделенных тонкими прослойками жидкости, давление выше, чем среднее гидростатическое давление, приложенное ко всей системе. Это приводит к повышению химического потенциала вещества спекаемой фазы в точках контакта.
В случае, когда жидкая фаза появляется вследствие плавления малого количества добавки, при условии растворения тугоплавкого компонента в легкоплавком, последовательность процессов может быть представлена совокупностью явлений перегруппировки, растворения - осаждения и формирования твердого каркаса (твердофазового спекания) [26].
Для описания кинетики процесса на стадии
растворения - осаждения, Кингери вывел уравнение:
М _ АУ
и ~ зк
6к2АВСоУУт^ * '

(1.14)

где АШ0 и А У/У0 — линейная и объемная усадки образца, соответственно; к/ и к2 - геометрические константы;
6 - толщина жидкой пленки между твердыми частицами;
Э - коэффициент диффузии;
С0 - растворимость твердой фазы в жидкой; у — поверхностное натяжение на границе жидкость — газ;
У„ - молярный объем растворяемой твердой фазы;