Физико-химические основы получения и свойства спеченных композиционных материалов на основе карбида бора

• Автор: Болдин, Алексей Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 158 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. Аналитический обзор

1.1. Кристаллическое строение карбида бора.

1.2. Химическая связь

1.3. Фазовая диаграмма ВС

1.4. Свойства карбида бора.

1.4.1. Физические свойства.

1.4.2. Химические свойства.

1.5. Способы получения

1.5.1. Промышленные способы получения порошков карбида бора.

1.5.2. Лабораторные способы получения
1.6. Спекание порошков карбида бора.
1.6.1. Горячее прессование карбида бора
1.6.3. Микроволновое спекание
1.6.4. Спекание карбида бора без давления
1.7. Применение карбида бора
1.7.1. Использование, основанное на твердости
1.7.2. Материалы термоэлектрических преобразователей термопара карбид бора графит
1.7.3. Применение в ядерной техники
1.8. Выводы по аналитическому обзору
2. Характеристика исходных материалов и методики исследований
2.1. Характеристика исходных материалов.
2.2. Методы исследования
2.3. Оценка ошибок измерений
3. Исследование взаимодействия в системах на основе ВС и некоторых металлоподобных боридов
3.1. Методика изучения взаимодействия компонентов в системах на
основе тугоплавких неметаллических соединений.
3.2. Взаимодействие в системе В4СУ2В
3.3. Взаимодействие в системе ПВ2ЛУ2В5
3.4. Взаимодействие в системе г2В5СгВ2.
3.5. Взаимодействие в системе В4СУ2В5ПВ2
3.6. Сравнительный анализ расчетных и некоторых экспериментальных данных о взаимодействии в системе В4С2В5СгВ2
4.Структурномеханические свойства спеченных композиций.
4.1. Разработка технологии изготовления гшотноспеченных материалов
в системе В4С2В5Т1В2
4.2. Исследование физикомеханических свойств спеченных композиций системы ВлСГ2В5ТФ2
4.3. Получение сопел для гидроабразивной резки.
ВЫВОДЫ
Список использованных источников


В результате образуются два гибридных электронных облака, имеющих вид двух гантелей, вытянутых вдоль одной оси. В изолированном состоянии атомы бора и углерода имеют соответственно следующее электронное строение: 1е‘2ер' и IББр2. Таким образом, в основном состоянии атом бора одновалентен, а атом углерода двухвалентен, однако в соединениях, как известно, атом бора чаще всего трехвалентен, а атом углерода четырехвалентен. Это происходит в результате возбуждения одноэлектроиного перехода 2в в 2р, энергия которого, по спектроскопическим данным, в углероде составляет 2 кДж/моль [, , ]. В результате для бора и углерода соответственно образуются следующие состояния атомов: І2в! Б^р3. Образовавшиеся состояния Бр2 и Бр3 не являются валентными, так как предопределяют образование неэквивалентных связей в- и р-орбиталями. Периферийные атомы углерода на тригональной оси ромбоэдра находятся в состоянии ^''-гибридизации, образуя три равноценные связи с тремя атомами бора, находящимися в состоянии вр“-гибридизации. Четвертый электрон образует связь с центральным атомом углерода на тригональной оси ромбоэдра. Эта связь является двойной и в соответствии с межатомным расстоянием аналогична двойной связи С=С, но немного слабее, так как межатомное расстояние С=С равно 0,7 нм и больше, чем в этилене и аллене. Изучению фазовой диаграммы равновесия В-С посвящено большое количество работ. Однако их результаты часто не согласуются между собой [2], что связано с высокой активностью бора и углерода, термической нестабильностью карбида бора при высоких температурах, а также ограниченностью применяемых методов получения образцов и анализа. Множество данных, зачастую противоречивых, о фазовой диаграмме было получено различными авторами в период с начала пятидесятых до конца шестидесятых годов [-]. Последующие исследования диаграммы состояния подтвердили предположение о том, что в карбиде бора существует возможность замещения части центральных атомов углерода на тетрагональной оси ромбоэдра атомами бора и это приводит к переходу от В|2Сз до ВС2, то есть было выяснено, что ВС3 и ВС2 - одна и та же фаза []. Предположили существование для карбида бора широкого фазового поля гомогенности (9- ат. С и образующейся при температуре °С [3]. По некоторым данным [], существуют фазы с содержанием углерода до ,6 % ат. С, ат. Рис. Согласно исследованиям [, ], было установлено, что карбид бора плавится конгруентно и образует эвтектику между соединениями, богатыми углеродом и графитом. Выяснили, что в боре растворяется углерод и образующийся твердый раствор плавится по перитектической реакции. Таким образом, в соответствии с литературными данными о системе В-С, карбид бора представлен фазой с широкой областью гомогенности [,], плавится конгруэнтно при температуре, по разным данным, от [2] до °С [3] при содержании углерода ,3 ат. С, плавящуюся при температуре от до °С, а также перитектику с твердым раствором углерода в боре, содержащим менее 1ат. С [3] (рис. Карбид бора является термодинамически стабильным соединением. Температура плавления этого соединения равна ± °К. Стандартная энтальпия образования карбида бора -ДН°8 определялась во многих работах. Согласно работе [], она составляет от , до , КДж/моль. Последнее значение является наиболее приемлемым. Значения энтропии карбида бора в области температур 3 - °К приводятся в работе []. Стандартная энтропия образования карбида бора во многих работах принимается равной 2! Дж/(мольх°К) []. Теплоемкость карбида бора определялась неоднократно. В работе () приведено несколько уравнений для определения теплоемкости в различных температурных интервалах. При 8 °К С7Р равна ,8 Дж/(. К). Ср(кал/(мольх°К))=,9+5,4х '3хТ-,х 5хТ'2 Энергия решетки составляет 6, КДж/моль. Коэффициент теплового расширения незначительно возрастает с ростом температуры вплоть до температуры плавления. Первое правило Грюнайзена гласит, что относительное изменение объема твердых тел одинаково при данной гомологической температуре Т/Тп. Ю^'ч^Зх '9хТ-9. Таким образом, карбид бора обладает относительно низким КТР, поскольку имеет прочные ковалентные связи.