Синтез композита на основе ZrN азотированием смеси циркон + алюминий в режиме горения

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проведено азотирование циркона с добавками алюминия (5–30%). Установлено влияние основных параметров процесса (состава исходной смеси, давления газа, диаметра образца) на скорость горения, содержание азота и фазовый состав продуктов синтеза. Определены критические параметры, при которых процесс горения реализовать не удалось: количество алюминия менее 20%, давление азота менее 2 МПа, диаметр образца менее 35 мм. Показано, что введение 20–30% алюминия приводит к изменению фазового состава продуктов синтеза. При добавке 20–25% Al фазовый состав представлен ZrN, Al2O3, Si3Al3O3N5, ZrO2, ZrSi2; при 30% Al – ZrN, Al2O3, ZrSi2, Al3O3N5. Установлено, что в продуктах присутствует оксинитрид алюминия (Al3O3N5), образующийся из газовой фазы. Показан механизм азотирования смеси ZrSiO4 + Al в режиме горения. Композиционный порошок состава ZrN–Al2O3–ZrSi2–Al3O3N апробирован в качестве покрытия, полученного методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки.

Авторлар туралы

О. Крюкова

Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: o.krjukova@hq.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, Академический пр., 10/4

Т. Крылова

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской
академии наук

Email: o.krjukova@hq.tsc.ru
Россия, 634055, Томск, Академический пр., 2/4

Әдебиет тізімі

  1. Ковалёв И.А., Шокодько А.В., Огарков А.И., Шевцов С.В., Коновалов А.А., Канныкин С.В., Ашмарин А.А., Коломиец Т.Ю., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Фазовые превращения в приповерхностном слое компактной керамики на основе нитрида циркония // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 7. С. 769–774. https://doi.org/10.1134/S0002337X1907008X
  2. Patsalas P. Zirconium Nitride: A Viable Candidate for Photonics and Plasmonics? // Thin Solid Films. 2019. V. 688. P. 137438. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2019.137438
  3. Xuan C.J., Zhao Z., Jönsson P.G. Wettability and Corrosion of Spark Plasma Sintered (SPS) ZrN by Liquid Iron and Steel // J. Eur. Ceram. Soc. 2016. V. 36. № 10. P. 2435–2442. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.03.006
  4. Kameneva A., Kichigin V. Corrosion, Wear, and Friction Behavior of a Number of Multilayer Two-, Three- and Multicomponent Nitride Coatings on Different Substrates, Depending on the Phase and Elemental Composition Gradient // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 489. P. 165–174. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.05.331
  5. Ul-Hamid A. Microstructure, Properties and Applications of Zr–Carbide, Zr–Nitride and Zr–Carbonitride Coatings: a Review // Adv. Mater. 2020. № 5. P. 1012–1037. https://doi.org/10.1039/D0MA00233J
  6. Lopez G., Staia M.H. High-Temperature Tribological Characterization of Zirconium Nitride Coatings // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 200. № 7. P. 2092–2099. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2004.08.221
  7. Singh A., Kumar N., Kuppusami P., Prasanthi T.N., Chandramohan P., Dash S., Srinivasan M.P., Mohandas E., Tyagi A.K. Tribological Properties of Sputter Deposited ZrN Coatings on Titanium Modified Austenitic Stainless Steel // Wear. 2012. V. 280–281. P. 22–27. https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.01.013
  8. Sugunakar Reddy R., Kamaraj M., Kamachi Mudali U., Chakravarthy S.R., Sarathi R. Generation and Characterization of Zirconium Nitride Nanoparticles by Wire Explosion Process // Ceram. Int. 2012. V. 38. № 7. P. 5507–5512. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.03.065
  9. Шевцов С.В., Огарков А.И., Ковалев И.А., Кузнецов К.Б., Просвирнин Д.В., Ашмарин А.А., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Структурно-фазовые превращения и твердость керамики, получаемой в процессе высокотемпературной нитридизации циркония // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 12. С. 1635–1639. https://doi.org/10.7868/S0044457X16120163
  10. Zhao S., Ma J., Xu R., Lin X., Cheng X., Hao S., Zhao X., Deng C., Liu B. Synthesis and Characterization of Zirconium Nitride Nanopowders by Internal Gelation and Carbothermic Nitridation // Sci. Rep. 2019. № 9. P. 19199. https://doi.org/10.1038/s41598-019-55450-x
  11. Zhao S., Song J., Xu R., Nie L., Ma J., Deng C., Cheng X., Zhao X., Hao S., Li J. Fabrication of Zirconium Nitride Nanopowder with a High Specific Surface // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 16. P. 23267–23274. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.05.039
  12. Maksimov Yu.M., Avramchik A.N., Braverman B.Sh., Shulpekov A.M. Combustion of Thermite TiO2/ZrO2–Ca Mixtures in Nitrogen Gas // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2020. V. 29. № 1. P. 31–35. https://doi.org/10.3103/S1061386220010069
  13. Yin L., Jones M. Synthesis of ZrN Powders by Aluminum-Reduction Nitridation of ZrO2 Powders with CaCO3 Additive // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 3. P. 3183–3189. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.11.140
  14. Chen Y., Deng C., Yu C., Ding J., Zhu H. Molten-Salt Nitridation Synthesis of Cubic ZrN Nanopowders at Low Temperature via Magnesium Thermal Reduction // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 7. P. 8710–8715. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.02.019
  15. Закоржевский В.В., Лорян В.Э., Боровинская И.П., Кириллов А.В., Санникова С.Н. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез нитрида циркония из элементов // Новые огнеупоры. 2016. № 9. С. 56–58. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2016-9-56-58
  16. Zaki Z.I., Alotaibi S.H., Alhejji B.A., Mostafa N.Y., Amin M.A., Qhatani M.M. Combustion Synthesis of High Density ZrN/ZrSi2 Composite: Influence of ZrO2 Addition on the Microstructure and Mechanical Properties // Materials. 2022. № 15. P. 1698. https://doi.org/10.3390/ma15051698
  17. Wu X., Li J., Yang Z., Liu G. Combustion Synthesis of ZrN and AlN Using Si3N4 and BN as Solid Nitrogen Sources // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 10. P. 11914–11917. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.200
  18. Витушкина О.Г., Чухломина Л.Н., Верещагин В.И. Получение керамической композиции Si3N4–ZrO2 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Новые огнеупоры. 2011. № 11. С. 37–39.
  19. Kryukova O.G., Bolgaru K.A., Avramchik A.N. Combustion of Ferrosilicon–Zircon Mixtures in Nitrogen Gas: Impact of Aluminum Additives // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2021. V. 30. № 4. P. 236–240. https://doi.org/10.3103/S1061386221040051
  20. Yeh C.L., Liou G.T. Aluminothermic Reduction of ZrSiO4 in the Presence of Carbon for in Situ Formation of Zr-Based Silicides/Carbides Composites // J. Alloys Compd. 2019. V. 775. P. 360–365. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.130
  21. Yeh C.L., Wang Y.H. Preparation of ZrB2–SiC–Al2O3 Composites by SHS Method with Aluminothermic Reduction // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 8. P. 11202–11208. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.245
  22. Мансуров З.А., Фоменко С.М., Алипбаев А.Н., Абдулкаримова Р.Г., Зарко В.Е. Особенности алюминотермического горения систем на основе оксида хрома в условиях высокого давления азота // Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 2. С. 67–75. https://doi.org/10.15372/FGV20160208
  23. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Перовская М.В. Структура и свойства хромсодержащих покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки в атмосфере // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 3 (645). С. 15–22.
  24. Ткаченко А.В., Косолапова Т.Я. Условия получения силицидов циркония // Порошковая металлургия. 1968. Т. 63. № 3. С. 23–27.
  25. Gromov A.A., Chukhlomina L.N. Nitride Ceramics. Combustion Synthesis, Properties, and Applications. Weinheim: Wiley, 2015. 331 p. https://doi.org/10.1002/9783527684533

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2.

Жүктеу (3MB)
Метадеректер
3.

Жүктеу (1MB)
Метадеректер

© О.Г. Крюкова, Т.А. Крылова, 2023

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>