ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СИНТЕЗА ПОРОШКА КОМПОЗИЦИИ НИТРИДА-КАРБИДА КРЕМНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье раскрываются особенности синтеза порошка композиции Si₃N₄-SiC методом СВС.

Ключевые слова: порошок нитрида карбида кремния, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), электронно-микроскопический анализ, рентгенофазовый анализ, анализ фракционного состава.

Композиция нитрид кремния и карбид кремния является перспективным материалом в виду его высокой прочности в широком диапазоне температур, крайне высокой твердости, превосходной износостойкости, хорошей коррозионной стойкости при высоких температурах (способен работать в условиях выхлопных газов). Такие характеристики делают материал перспективным для применения во многих отраслях техники.

Композиционный материал нитрид кремния-карбид кремния (Si3N4-SiC) применяется в изготовлении режущего инструмента, огнеупоров, в деталях ДВС и ГТД [1, 2].

Также, стоит отметить, что данный материал имеет высокие перспективы для применения в конструкциях высокоскоростных летательных аппаратов, которые задали новый ритм развития науки и техники.

Композиционный материал нитрид кремния-карбид кремния был получен методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Для синтеза композиции использовалось следующее уравнение химической реакции:

4Si +C + 2N₂ =Si₃N₄-SiC

В целях ускорения химической реакции в исходную шихту вводили до 5 % активирующей добавки порошка фторопласта-3 (C₂F₃Cl)n [3].

Условия синтеза: диаметр образца 30 мм, высота 45мм; Относительная плотность шихты Δ=0,4; Размер частиц менее63мкм; давление азота 5,0 МПа.

Температура горения образца составила 1450^оС, скорость горения 3,5 мм/сек.

Полученный продукт отдавался на электронно-микроскопический, рентгеноскопический и фракционный анализ.

Рисунок 1. Результаты микроскопического анализа порошка  композиции нитрида карбида кремния

Как видно из фотографий композиция представляет собой вытянутые иглообразные частицы нитрида кремния с диаметром волокон 100-150 нм и сферообразные частицы неправильной формы карбида кремния с размерами более 5мкм.

Результаты рентгенофазового анализа показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Дифрактограмма композиции порошка нитрида кремния карбида кремния

Как видно из дифрактограммы целевой продукт представляет собой смесь нитрида и карбида кремния. Присутствие примесей не обнаруженою

Ниже представлен результат анализа гранулометрического состава порошка Si₃N₄ - SiC в виде кривой распределения частиц по размерам, полученный с помощью лазерного микроанализатора размеров частиц “Analysette 22”

Рисунок 3. Результат анализа гранулометрического состава порошка Si₃N₄ – SiC

Как видно из гранулометрического анализа основной фракцией полученного порошка является фракция 20-50 мкм. Обнаруженные частицы представляют собой конгломераты из более дисперсных частиц.

Представленные результаты являются предварительными и в дальнейшем требуется более тщательные исследования, в том числе и основных технологических условий получения композиции.

Список литературы:

1. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: учеб.пособие / Е.А.Левашев, А.С. Рогачев, В.В. Курбаткина и др.-М.:Изд.Дом МИССИС, 2011.-377с.
2. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г., Порошковая технология СВС материалов: Учеб. Пособ./ Под научной редакцией В.Н. Анциферова.-М.: Машиностроение-1, 2007.-567с.
3. Закоржевский В.В. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез нитридов кремния, алюминия и композиционных порошков на их основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.- Черноголовка, 2004, - 227с.