Фазовый состав и физико-механические свойства β-сиалонов, полученных с использованием NaF как спекающей добавки
- Авторы: Ахмадуллина Н.С.1, Сиротинкин В.П.1, Ким К.А.1, Лысенков А.С.1, Фролова М.Г.1, Федоров С.В.1, Овсянников Н.А.1, Ивичева С.Н.1, Каргин Ю.Ф.1
-
Учреждения:
- Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
- Выпуск: Том 59, № 9 (2023)
- Страницы: 1010-1016
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/249391
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23090014
- EDN: https://elibrary.ru/XOQQKB
- ID: 249391
Цитировать
Аннотация
Изучено влияние фторида натрия как спекающей добавки для β-сиалонов на фазовый состав и физико-механические свойства Si5AlON7 и Si4Al2O2N6. Показано, что двухстадийный высокотемпературный обжиг β-сиалонов в атмосфере азота с добавлением NaF не приводит к значимым изменениям в фазовом составе образцов. Плотность и микротвердость полученных с добавлением 0.5 и 5.0 мас. % NaF образцов оказываются ниже, чем для образцов без спекающих добавок, однако прочность на изгиб демонстрирует рост на величину до +14.3% для Si5AlON7 при содержании NaF 0.5 мас. % и до +4.9% для Si4Al2O2N6 при содержании NaF 5.0 мас. %.
Ключевые слова
Об авторах
Н. С. Ахмадуллина
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
В. П. Сиротинкин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
К. А. Ким
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
А. С. Лысенков
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
М. Г. Фролова
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
С. В. Федоров
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
Н. А. Овсянников
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
С. Н. Ивичева
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
Ю. Ф. Каргин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
Email: nakhmadullina@mail.ru
Россия, 119334, Москва,
Ленинский пр., 49
Список литературы
- Kargin Yu.F., Akhmadullina N.S., Solntsev K.A. Ceramic Materials and Phosphors Based on Silicon Nitride and Sialon // Inorg. Mater. 2014. V. 50. № 13. P. 1325–1342. https://doi.org/10.1134/S0020168514130032
- Ахмадуллина Н.С., Шишилов О.Н., Каргин Ю.Ф. Эффекты сенсибилизации в нитридных материалах, легированных ионами редкоземельных металлов // Изв. АН. Сер. хим. 2020. Т. 69. № 5. С. 825–837. https://doi.org/10.1007/s11172-020-2841-4
- Yan D.-S. Enhancing Materials Design Capability through Understanding Multicomponent Phase Relationships // Pure Appl. Chem. 1998. V. 70. № 2. P. 509–515.
- Kurama S., Hermann M., Mandal H. The Effect of Processing Conditions, amount of Additives and Composition on the Microstructures and Mechanical Properties of α-SiAlON Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2002. V. 22. № 1. P. 109–119.
- Thompson D.P. Cooking up Tougher Ceramics // Nature. 2002. V. 417. P. 237.
- Jack K.H. Sialons and Related Nitrogen Ceramics // J. Mater. Sci. 1976. V. 11. № 6. P. 1135–1158.
- Gauckler L.J., Lukas H.L., Petzow G. Contribution to the Phase Diagram Si3N4--AlN–Al2O3–SiO2 // J. Am. Ceram. Soc. 1975. V. 58. № 7–8. P. 346–347.
- Hampshire S. SiAlONs and the Representation of Phase Relationships in Encyclopedia of Materials: Technical Ceramics and Glasses. V. 2. Amsterdam: Elsevier, 2021. P. 119–127.
- Jack K.H., Wilson W.I. Ceramics Based on the Si–Al–O–N and Related Systems // Nat. Phys. Sci. 1972. V. 238. P. 28–29.
- Cao G.Z., Metselaar R. α-Sialon Ceramics: a Review // Chem. Mater. 1991. V. 3. P. 242–252.
- Wang H., Chen J., Liu Y.G., Huang Z.H., Fang M.H. In-Situ Synthesis of (O'+β)-Sialon/Mullite Composite Materials from Coal Gangue // Interceram – Int. Ceram. Rev. 2015. V. 64. P. 112–115.
- Anya C.C., Hendry A. Hardness, Indentation Fracture Toughness and Compositional Formula of X-Phase Sialon // J. Mater. Sci. 1994. V. 29. P. 527–533.
- Thompson D.P., Korgul P. Sialon X-Phase // Progr. Nitrogen Ceram. 1983. V. 321. P. 375–380.
- Ekström T., Nygren M. SiAION Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1992. V. 75. P. 259–276.
- Biswas M., Bandyopadhyay S., Sarkar S. Sintering Behavior & Microstructure of SPS Processed Pure 15R-SiAlON Polytype // J. Alloys Compd. 2018. V. 768. P. 130–135.
- Qin H., Li Y., Long M., Nie X., Jiang P., Xue W. In situ Synthesis Mechanism of 15R–SiAlON Reinforced Al2O3 Refractories by Fe–Si Liquid Phase Sintering // J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. P. 1870–1879.
- Jack K.H. The Fabrication of Dense Nitrogen Ceramics // Mater. Sci. Res. 1978. V. 11. P. 561–578.
- Oyama Y., Kamigaito O. Solid Solubility of Some Oxides in Si3N4 // Jpn. J. Appl. Phys. 1971. V. 10. P. 1637.
- Ekström T., Käll P.O., Nygren M., Olsson P.O. Dense Single-Phase β-Sialon Ceramics by Glass-Encapsulated Hot Isostatic Pressing // J. Mater. Sci. 1989. V. 24. № 5. P. 1853–1861.
- Hampshire S. Silicon Nitride Ceramics // Mater. Sci. Forum. 2009. V. 606. P. 2741.
- Sorrell C.C. Silicon-Nitride and Related Nitrogen Ceramics. 1. Phase-Equilibria and Properties of Reaction Bonded and Hot-Pressed M–Si–O–N systems // J. Aust. Ceram. Soc. 1982. V. 18. P. 22–34.
- Ziegler G., Heinrich J., Wötting G. Relationships between Processing, Microstructure and Properties of Dense and Reaction-Bonded Silicon Nitride // J. Mater. Sci. 1987. V. 22. № 9. P. 3041–3086.
- White G.V. New Synthesis Routes for SiAlON and SiAlON Ceramics // Key Eng. Mater. 2002. V. 206–213. P. 51.
- Junming X., Qian L., Linhua G. Effect of LiF on Densification and Mechanical Properties of Dy-α-Sialon Ceramics // J. Rare Earths. 2006. V. 24. № 1. Suppl. 1. P. 225–227.
- Akhmadullina N.S., Lysenkov A.S., Konovalov A.A., Kim K.A., Kargin Y.F., Obraztsova E.A. Synthesis and Phases Relationships of Si6-zAlzOzN8-z in a Wide Range of z // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 9. P. 13348–13355.
- Ивичева С.Н., Овсянников Н.А., Лысенков А.С., Каргин Ю.Ф. Превращения в гелях на основе алкоксидов кремния и алюминия при синтезе сиалонов по данным ИК-спектроскопии // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 12. С. 1695–1706. https://doi.org/10.31857/S0044457X2260089X
- Akhmadullina N.S., Sirotinkin V.P., Ovsyannikov N.A., Lysenkov A.S., Kargin Yu.F. High-Temperature Interactions of Silicon-Aluminum Oxynitrides (Sialons) with Sodium Fluoride // Inorganics. 2022. V. 10. № 9. P. 140.
- Лысенков А.С., Титов Д.Д., Ким К.А., Мельников М.Д., Фролова М.Г., Петракова Н.В., Ивичева С.Н., Каргин Ю.Ф., Гридин Д.В. Свойства 21R-сиалоновой керамики с добавкой оксида самария, полученной горячим прессованием // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 8. С. 1092–1098. https://doi.org/10.31857/S0044457X21080146
- Ивичева С.Н., Климашин А.А., Овсянников Н.А., Лысенков А.С., Каргин Ю.Ф. Условия азотирования смешанных ксерогелей из алкоксидов кремния и алюминия // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 8. С. 1077–1085. https://doi.org/10.31857/S0044457X21080092
- Ивичева С.Н., Овсянников Н.А., Лысенков А.С., Климашин А.А., Каргин Ю.Ф. Синтез оксонитридоалюмосиликатов (SIALON) золь–гель-методом // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 12. С. 1614–1625. https://doi.org/10.31857/S0044457X20120053
- Ovsyannikov N.A., Kargin Y.F., Lysenkov A.S., Alad’ev N.A., Ivicheva S.N., Solntsev K.A. Preparation of Silicon Nitride and Oxonitride by Gas-Phase Pyrolysis of Hexamethyldisilazane // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2020. V. 11. № 2. P. 488–494.
- Ivicheva S.N., Klimashin A.A., Ovsyannikov N.A., Lysenkov A.S., Kargin Y.F. Formation of Si3Al3O3N5 Oxonitride from Mixtures of Xerogels and Silicon and Aluminum Nitrides in the Nitrogen Atmosphere // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 848. № 1. P. 012112.
- Ivicheva S.N., Lysenkov A.S., Ovsyannikov N.A., Kargin Yu.F. Zol–Gel Synthesis of SiAlON Materials Dopped by Rare-Earth Elements // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 525. P. 012084.
- Слесарев А.И., Ивичева С.Н., Лысенков А.С., Каргин Ю.Ф., Солнцев К.А., Ищенко А.В., Ягодин В.В., Шульгин Б.В. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия сиалона Si3Al3O3N5, активированного европием // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Екатеринбург: Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2018. Вып. 39. С. 55–63.
- Ishenko A.V., Babailova G.F., Yagodin V.V., Ivicheva S.N., Lysenkov A.S., Akhmadullina N.S., Kargin Yu.F., Shulgin B.V. Luminescent Properties of Eu2+ in AlON, SiAlON, Ca-SiAlON Oxynitrides // AIP Conf. Proc. 2018. P. 020031.
- Ягодин В.В., Ищенко А.В., Ивичева С.Н., Лысенков А.С., Овсянников Н.А., Каргин Ю.Ф., Бабайлова Г.Ф. Импульсная катодолюминесценция сиалонов, активированных ионами Ce3+ // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Екатеринбург: Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2018. Вып. 40. С. 87–92.
- Goldstein A., Krell A. Transparent Ceramics at 50: Progress Made and Further Prospects // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. № 10. P. 3173–3197.
- Qian L., Junming X., Wei H. Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications. N.Y.: Wiley, 2010.