кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник
Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher
член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, директор
Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc (Engineering), Professor, Director
научный сотрудник
Researcher
старший научный сотрудник
Senior Researcher
младший научный сотрудник
Junior Researcher
Проведены экспериментальные исследования структуры, фазового состава и физико-механических свойств реакционно-спеченной керамики на основе карбида кремния и бора, полученной реакционным спеканием. Показано, что свойства реакционно-спеченной керамики на основе карбидов во многом определяются качеством пропитки пористого карбидного каркаса кремнием, которая, в свою очередь, зависит от общей и открытой пористости, формы и размера пор прессовки, состава шихты из порошка карбида. Высокотемпературное спекание, сопровождающееся пропиткой карбидного каркаса кремнием и взаимодействием его с углеродной составляющей каркаса, во многом определяет свойства материала. Главной задачей в реализации этого процесса является создание условий, обеспечивающих полное заполнение пор в исходной прессовке в процессе пропитки расплавом кремния и максимальной активации процесса химического взаимодействия между расплавом кремния, углеродом и другими компонентами, входящими в состав шихты. Проведен комплекс исследований по изучению влияния давления прессования и температуры отжига шихты на основе порошков карбида кремния и бора с добавкой графита на поровую структуру прессовки и качество ее пропитки расплавом кремния. Показано, что плотность, прочность при изгибе, твердость керамики на основе карбида кремния и карбида бора, получаемой реакционным спеканием, повышаются с ростом давления прессования карбидных каркасов. Оптимальной пористостью карбидного каркаса является 25–30 %, размер пор – 1,0–1,5 мкм. Показано, что керамика на основе карбида бора и карбида бора с 50 % карбида кремния, пропитанная кремнием при высокотемпературном спекании, обладает более высокими значениями прочности и твердости, чем на основе карбида кремния, благодаря более высокой адгезионной прочности на границе раздела частиц карбида бора и связки, которая вызвана растворением карбида бора в расплаве кремния и образованием на поверхности частиц сложного карбида.
Experimental studies of the structure, phase composition, physical and mechanical properties of the reaction-sintered ceramics based on silicon carbide and boron obtained by reaction sintering have been performed. It has been shown that the properties of the reaction-sintered ceramics based on carbides are largely determined by the quality of impregnation of the porous carbide frame with silicon, which depends on the total and open porosity, shape and size of the pores of the compact, the composition of the charge from the carbide powder. High-temperature sintering, followed by impregnation of the carbide frame with silicon and its interaction with the carbon constituent of the frame, largely determines the properties of the material. The main task in the implementation of this process is to create conditions that ensure the full filling of pores in the initial compact during impregnation with silicon melt and, secondly, maximum activation of chemical interaction between the melt of silicon, carbon and other components that compose the charge. A complex of studies on the effect of compacting pressure and annealing temperature of the charge based on silicon carbide and boron powders with the addition of graphite on the pore structure of the compact and the quality of its impregnation with a silicon melt has been carried out in this work. It has been shown that the density, bending strength, hardness of ceramics based on silicon carbide and boron carbide obtained by reaction sintering are increased with a rise in compacting pressure of carbide frames. The optimum porosity of the carbide frame is 25–30 %; the pore size is 1.0–1.5 μm. It has been also demonstrated that ceramics based on boron carbide and boron carbide with 50 % silicon carbide impregnated with silicon at high-temperature sintering has higher strength and hardness values than those based on silicon carbide due to higher adhesion strength at the interface of boron carbide particles and binder, caused by the dissolution of boron carbide in the silicon melt and the formation of complex carbide particles on the surface.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.