Влияние режимов реакционного спекания на структуру и свойства карбидной керамики

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.

1. Керамика для машиностроения / А. П. Гаршин [и др.]. – М.: Научтехиздат, 2003. – 384 с.

2. Карбид кремния: технология, свойства, применение / О. А. Агеев [и др.]. – Харьков: ИСМ, 2010. – 532 с.

3. Новая профилированная керамика на основе карбида кремния / К. Н. Филонов [и др.] // Изв. Рос. акад. наук. Сер. Физическая. – 2009. – Т. 73, № 10. – С. 1460–1462.

4. Washburn, E. W. The Dynamics of Capillary Flow / E. W. Washburn // Phys. Rev. – 1991. – Vol. 17, Iss. 3. – Р. 273–283. https://doi.org/10.1103/PhysRev.17.273

5. Влияние армирующих добавок и температуры силицирования на структуру и некоторые свойства реакционно-связанной керамики на основе карбида кремния / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия: респ. меж-ведомств. сб. науч. тр. – Минск: Беларус. навука, 2015. – Вып. 38. – С. 132–141.

6. Влияние технологических режимов получения на структуру и свойства реакционно-спеченной керамики на основе карбида кремния / Д. В. Бабура [и др.] // Порошковая металлургия: респ. межведомств. сб. науч. тр. – Минск: Беларус. навука, 2017. – Вып. 40. – С. 73–76.

7. Реакционно-связанная керамика состава SiC-B4C-Si: получение и некоторые свойства / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Сборник докладов 9-го Международного симпозиума «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка», Минск, 8–10 апр. 2015 г. – Минск: Беларус. навука, 2015. – Ч. 1. – С. 289–305.