Разработка технологических основ формирования окислительностойкой матрицы композиционного материала методом химического осаждения из газовой фазы Si-C-N-H

• Автор: Тимофеев, Иван Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

1.1. Высокотемпературные керамоматричные композиционные материалы .

1.2. Соединения системы БьСЫ.

1.3. Получение покрытий и матриц композитов химическим осаждением из газовой фазы

1.4. Газофазные прекурсоры нитрида и карбонитрида кремния.

1.5. Основные области применения высокотемпературных композитов с покрытиями и матрицей на основе нитрида и карбонитрида кремния

1.6. Формулировка цели и основных задач диссертационной работы

ГЛАВА 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ СЫП, ВЫБОР КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛБНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика проведения расчетов.

2.2. Термодинамический расчет равновесного состояния систем БЫЗЫН при различных соотношениях БпСгМП.
2.3. Выбор кремнийорганических соединений системы СМН для проведения экспериментальных исследований.
2.4. Термодинамический расчет равновесного состояния системы СИ, образованной выбранными химическими веществами
Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТ АЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ФОРМИРОВАНИЯ КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗЫ
3.1. Кинетика формирования покрытий на беспористых подложках в процессе химического осаждения
из газовой фазы СИЫ.
3.1.1. Методика проведения экспериментов.
3.1.2. Кинетика формирования покрытий методом химического осаждения из газовой фазы С
на беспористых подложках.
3.2. Кинетика формирования конденсированной фазы
в пористом теле в процессе химического осаждения из газовой фазы СЫН.
3.2.1. Методика проведения экспериментальных исследований.
3.2.1. Расчетнотеоретическая оценка глубины проникновения рабочей атмосферы СМН в пористое тело.
3.2.3. Кинетика формирования конденсированной фазы в гюристомтеле в процессе химического осаждения из газовой фазы С.
Выводы к третьей главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ХИМИЧЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ В СИСТЕМЕ СЫН
4.1. Методы исследования структуры, состава и свойств
конденсированной фазы, полученной химическим осаждением в системе СИН
4.1.1. Методика исследования фазового состава конденсированной фазы, полученной химическим осаждением в системе СЫН
4.1.2. Методика исследования структуры поверхности покрытий методами электронной микроскопии и оптической профилометрии
4.1.3. Исследование твердости и модуля Юнга конденсированной фазы методом наноиндентирования
4.2. Результаты исследования структуры конденсированной
4.2.1. Результаты исследования фазового и химического состава конденсированной фазы
рентгено фотоэлектронной спектроскопией
4.2.2. Результаты исследования структуры поверхности конденсированной фазы методами электронной микроскопии и оптической профилометрии
4.2.3 Механические свойства тонких пленок, полученных
химическим осаждением из газовой фазы iН.
Выводы к четвертой главе
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С МАТРИЦЕЙ i.
5.1. Технологическая схема изготовления композиционного
материала с матрицей iС.
5.2. Физикомеханические свойства композиционного
материала i
5.3. Определение стойкости материала i к окислению
под воздействием высокотемпературного газового потока
5.3.1 Определение стойкости материала в свободной дозвуковой струе воздушной плазмы.
5.3.2 Определение стойкости материала в сверхзвуковом высокотемпературном окислительном потоке
Выводы к пятой главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Среди функциональных материалов, обладающих комплексом уникальных свойств высокая удельная прочность, высокая температура разложения, химическая инертность, повышенная твердость, особое место занимают соединения принадлежащие системе Б1СЫ. Бинарные соединения этой системы БНЬ Б1С к настоящему времени нашли практическое применение в различных узлах и изделиях как специальной, гак и обычной техники, хотя некоторые их свойства еще изучены не полностью , , . На рис. СМ, полученные расчетным путем . О 0. О.Х 0. СХ, Расплав 1б7К
0 0. ОЛ 0. Мольная доля

Рис. Кристаллический карбид кремния БКЗ соединение постоянного состава в диаграмме состояния С рис. Кремний и углерод в БЮ малорастворимы. Известны две кристаллические модификации карбида кремния БЮ , кубическая 3С, имеющая структуру типа сфалерита, и гексагональная а8КЗ со структурой вюртцита. С. При высоких давлениях р 3 ГПа, Т С наблюдается переход i i. Другие авторы на основании термодинамических расчетов считают, что кубическая модификация устойчива до С, но изменение энтальпии и мольного объема при фазовом переходе i i мало при комнатной температуре 0, кДжмоль и 0, соответственно по другим данным 5кДжмоль и 1,5 . Благодаря большому термодинамическому сходству небольших технологических изменений достаточно для появления а либо Рмодификации. Так, при температуре получения выше С в продукте может содержаться значительное количество кубического карбида, а гексагональная модификация может обнаруживаться наряду с кубической в низкотемпературном продукте. С повышением температуры коэффициент термического расширения i возрастает от 3,8. С до 5,5. С для i . Теплопроводность X карбида кремния возрастает в интервале температур . К в 7. Для а и рi, конструкционной i керамики, пиролитического осажденного из газовой фазы карбида кремния л. Втм. К при комнатной температуре, v. Втм. К при С , . Карбидокремниевая керамика, получаемая традиционными порошковыми методами при комнатной температуре, характеризуется прочностью на растяжение сгр0. МПа, прочностью на сжатие сг. ГПа , . Осажденный из газовой фазы карбид кремния пиролитический отличается более медленным снижением тс с ростом температуры испытаний, более высокой прочностью на разрыв сгр0,5. ГПа, причем, в отличие от горячепрессованного и реакционноспеченного i, сгр возрастает при увеличении температуры испытаний . Максимальной прочностью на растяжение обладают нитевидные кристаллы i сгр1,8 ГПа при С . Поликристаллический рЭЮ, полученный химическим осаждением из газовой фазы, характеризуется значением Е0. ГПа, существенно превышающим модуль Юнга монокристаллического рЭЮ 0 ГПа , . Микротвердость БЮ, осажденного из газовой фазы Н. ГПа, выше, чем у полученной спеканием порошков керамики. Система может дать три соединения Н 2 и 3Н4, однако единственно устойчивым является 3. На диаграмме рис. Зб видно, что температура разложения нитрида кремния К, но в ряде других источников можно обнаружить другие значения. Длительное время в справочной литературе в качестве температуры плавления сообщалось значение С, относящееся к температуре, при которой давление диссоциации этого соединения составляет 5 Па. Авторы работы проведа всесторонние исследования по определению температуры плавления 3М4, утверждают, что все определенные ими различными способами значения лежат в интервале С. К настоящему времени достаточно хорошо изучены две кристаллические модификации нитрида кремния а и Р , , . Кристаллическая решетка а 3М4 тригональная, р 3Ы4 гексагональная рис. Обе структуры построены из тетраэдров Н рис. Тройки таких тетраэдров связаны общим атомом азота и расположены под углом 0 друг к другу. Структуры аир модификаций отличаются различным расположением тетраэдров вдоль оси с и соответственно разным количеством формульных единиц в элементарной ячейке. Известно, что возможен лишь переход а р при температурах выше С, обратное превращение не происходит. Оценки энергии Маделунга выявили, что при Г С Р фаза более стабильна чем а, что также свидетельствует о монотропном характере р превращения.