Разработка высокотемпературной горячепрессованной керамики Si3N4-BN с градиентом свойств

• Автор: Ершова, Наталья Ивановна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 194 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Общая характеристика нитрида кремния. Композиционные

материалы на основе нитрида кремния.

1.2.0бщая характеристика нитрида бора. Композиционные материалы на

основе нитрида бора.

ТЗ.Материалы на основе композиции нитрид кремния нитрид бора методы получения, свойства и применение.

1.4.Анализ методов изготовления материалов на основе нитрида кремния и нитрида бора

1.5.Современные представления о процессах спекания и структурообразования при горячем прессовании материалов на основе нитрида кремния и нитрида бора

Гб.Перспективы создания многослойных конструкций из

композиционных материалов.
1.7.Выводы и постановка задачи исследования.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
2.ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И
ОБОРУДОВАНИЕ
2.1. Исходные материалы.
2.2. Методы исследования
2.3. Оборудование и технология горячего прессования.
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ГОРЯЧЕПРЕССОВАННОГО МАТЕРИАЛА НИТРИД КРЕМНИЯНИТРИД БОРА
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ГОРЯЧЕПРЕССОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ БЬВИ
4.1.Структурные свойства
4.2.Прочностные и упругие свойства
4.3.Теплофизические свойства
4.4.Устойчивость к длительному окислению, термоциклированию, воздействию высокотемпературного, газового потока.
4.5.Характеристики износа и твердости
4.6.Химическая стойкость.
4.7.Паспортизация материала ОТМ8.
5.СОЗДАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ГОРЯЧЕПРЕССОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ БзВИ
5.1.Отработка технологического процесса изготовления многослойных заготовок
5.2.Комплексное исследование прочностных характеристик.
6.РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ГОРЯЧЕПРЕССОВАННОГО МАТЕРИАЛА ЗзИгВИ
6.1.Оптимизация конструкции и материала изделий на основе теплопрочностного расчета
6.2. Разработка элементов надроторного уплотнения
6.3. Расчет теплонапряженного состояния образца и изделий вставка надроторного уплотнения применительно к условиям испытаний
6.4. Разработка деталей проточного тракта струйной системы коррекции траектории.
6.5. Расчет теплонапряженного состояния изделия втулка.
6.6. Разработка сепараторов подшипника.
6.7. Разработка изделий для стекольной промышленности
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При испарении нитрид кремния диссоциирует на кремний и азот в широком диапазоне давлений [,]. Сведения о температуре плавления отсутствуют, но по результатам сравнительной оценки получено значение около °С []. Низкий коэффициент термического расширения в сочетании с повышенной теплопроводностью определяет высокую термостойкость материалов на основе нитрида кремния. Термодинамические свойства нитрида кремния рассмотрены в монографии []. При комнатной температуре нитрид кремния устойчив по отношению к разбавленным азотной, серной, соляной, плавиковой, фосфорной кислотам. Только при температурах выше 0°С начинается его разложение плавиковой и фосфорной кислотами [,]. При взаимодействии с нитридами некоторых металлов образует сложные нитриды, например 1л1Ы2, ВеЫ2, К^М2. При высоких температурах нитрид кремния взаимодействует с оксидами металлов, образуя силикаты и оксинитриды [9,,,]. Порошок нитрида кремния начинает медленно окисляться на воздухе при температурах выше 0°С []. При температурах до °С образуется аморфный кремнезем, при температурах более °С появляется ог-кристобалит. Кинетика процесса контролируется скоростью диффузии кислорода через слой оксида и описывается параболической зависимостью. Повышенной химической активностью отличаются тонкодисперсные порошки нитрида кремния. Так, порошки с размерами частиц менее 0,1 мкм выделяют газообразный БЮ при температурах 0-0°С. Начиная с температур 0-0°С образуется устойчивая окисная пленка, включающая 8Ю2, 8ЮЫ2, а-кристобалит []. Окисление значительно ускоряется в присутствии паров воды. Уже начиная с 0°С образуется аморфный слой двуокиси кремния и аммиак. Объясняют это более быстрой диффузией в аморфном слое молекул воды, чем кислорода []. Тонкодисиерсные порошки разлагаются в растворе щелочи, в фосфорной и серной кислотах [,]. Анализ физико-химических свойств позволяет сделать вывод об эффективности использования нитрида кремния в качестве основы конструкционных материалов. Полностью однофазные материалы в настоящее время получить не удается. Для создания высокоплотных материалов необходимы исходные порошки нитрида кремния, активные к спеканию, и добавки, которые активируют уплотнение при горячем прессовании и способствуют формированию вторичных (неосновных) фаз с высокой температурой эвтектики и стойкостью к окислению. В настоящее время наиболее эффективными спекающими добавками для получения горячепрессованной конструкционной керамики считаются оксиды иттрия и магния. При изучении реакции между нитридом кремния и оксидом иттрия авторами [] идентифицирована кристаллическая фаза состава зЫ4 -Уз в горячепрессованном образце. Далее было показано, что уплотнению нитрида кремния в присутствии оксида способствует образование иттрий-кремниевого оксинитрида, который, в свою очередь, взаимодействует с нитридом кремния, образуя более сложный по составу и более тугоплавкий оксинитрид [,]. Ранее в ОНПП “Технология” совместно с СКТБ НМ ИНХ Латвии была разработана технология изготовления ультрадисперсных композиционных порошков в системах [зМ4-Уз] и [зЫ4-М§С)] применительно к технологии горячего прессования []. Из разработанных порошков синтезированы и паспортизованы горячепрессоваиные конструкционные материалы ОТМ-6 и ОТМ-7. Формирование тонкозеренной высокоплотной однородной структуры с повышенной кристалличностью и тугоплавкостью обеспечивает высокий уровень механических свойств до температур -°С (ОТМ-6), -°С (ОТМ-7): прочность при изгибе при °С, МПа 0 и 0 соответственно; прочность при изгибе при °С - 0 МПа (ОТМ-6), при °С - 0 МПа (ОТМ-7); изменение массы за ч. С - 0,-0,% (ОТМ-6); термостойкость - 0± °С (ОТМ-7). Для расширения диапазона свойств материала и, соответственно, области его применения в последнее время нитрид кремния все чаще используется в качестве базового в сочетании с другими высокотемпературными компонентами. Большое внимание, например, обращено к материалам из карбида и нитрида кремния. Карбид кремния является высокотемпературным полупроводником, в нем удачно сочетаются большая ширина запретной зоны и высокая подвижность носителей тока.