Влияние температурного воздействия и окислительной среды на свойства карбидокремниевого волокна

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследовано влияние термообработки в окислительной среде и в вакууме на свойства карбидокремниевого волокна отечественного производства. Исходные и прогретые в вакууме и на воздухе волокна были исследованы комплексом физико-химических методов, включая сканирующую электронную микроскопию, КР- и ИК-спектроскопию, рентгенофазовый анализ. Изучена кинетика окисления волокна на воздухе в интервале 900–1000 °С. Энергия активации реакции окисления составила 72.0 ± 7.8 кДж/моль. Определены прочность на растяжение исходных и прошедших термообработку в разных средах волокон. Установлено, что термообработка в вакууме и окислительной среде приводит к существенной деградации свойств волокна.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. В. Валяев

Институт химии твердого тела и механохимии СО Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: lozanov.25@yandex.ru
Russian Federation, 630090 Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18; 630090 Новосибирск, ул. Пирогова, 1

М. А. Голосов

Институт химии твердого тела и механохимии СО Российской академии наук

Email: lozanov.25@yandex.ru
Russian Federation, 630090 Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18

В. В. Лозанов

Институт химии твердого тела и механохимии СО Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Author for correspondence.
Email: lozanov.25@yandex.ru
Russian Federation, 630090 Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18; 630090 Новосибирск, ул. Пирогова, 1

Н. И. Бакланова

Институт химии твердого тела и механохимии СО Российской академии наук

Email: lozanov.25@yandex.ru
Russian Federation, 630090 Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18

References

  1. Li L., Jian K., Wang Y. Oxidation Behavior of Continuous SiC Fibers in Static Air // 4th Int. Conf. on Sensors, Measurement and Intelligent Materials (ICSMIM 2015). 2016. P. 526–530. https://doi.org/10.2991/icsmim-15.2016.97
  2. Yang C., Wu J., Ditta A., Wei L., Zhao Z., Wu S. Effects of Temperature and Atmosphere on Microstructural Evolution and Mechanical Properties of KD-II SiC Fibers // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 15. P. 24424–24434. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.06.225
  3. Naslain R., Christin F. SiC-Matrix Composite Materials for Advanced Jet Engines // MRS Bull. 2003. V. 28. № 9. P. 654–658. https://doi.org/10.1557/mrs2003.193
  4. Hay R.S., Chater R.J. Oxidation Kinetics and Strength of Hi-NicalonTM-S SiC Fiber after Oxidation in Dry and Wet Air // J. Am. Ceram. Soc. 2017. V. 100. № 9. P. 4110–4130. https://doi.org/10.1111/jace.14833
  5. Wilson M., Opila E. A Review of SiC Fiber Oxidation with a New Study of Hi-Nicalon SiC Fiber Oxidation // Adv. Eng. Mater. 2016. V. 18. № 10. P. 1698–1709. https://doi.org/10.1002/adem.201600166
  6. Hay R.S., Mogilevsky P. Model for SiC Fiber Strength after Oxidation in Dry and Wet Air // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. № 1. P. 397–415. https://doi.org/10.1111/jace.15907
  7. Cao S., Wang J., Wang H. Effect of Heat Treatment on the Microstructure and Tensile Strength of KD-II SiC Fibers // Mater. Sci. Eng., A. 2016. V. 673. P. 55–62. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.07.066
  8. Zhu Y.T., Taylor S.T., Stout M.G., Butt D.P., Lowe T.C. Kinetics of Thermal, Passive Oxidation of Nicalon Fibers // J. Am. Ceram. Soc. 1998. V. 81. № 3. P. 655–660. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02386.x
  9. Hay R.S., Fair G.E., Bouffioux R., Urban E., Morrow J., Hart A., Wilson M. Hi-Nicalon-S SiC Fiber Oxidation and Scale Crystallization Kinetics // J. Am. Ceram. Soc. 2011. V. 94. № 11. P. 3983–3991. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04647.x
  10. Gauthier W., Pailler F., Lamon J., Pailler R. Oxidation of Silicon Carbide Fibers during Static Fatigue in Air at Intermediate Temperatures // J. Am. Ceram. Soc. 2009. V. 92. № 9. P. 2067–2073. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03180.x
  11. Sha J.J., Nozawa T., Park J.S., Katoh Y., Kohyama A. Effect of Heat Treatment on the Tensile Strength and Creep Resistance of Advanced SiC Fibers // J. Nucl. Mater. 2004. V. 329–333. P. 592–596. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.123
  12. Прокип В.Э., Лозанов В.В., Банных Д.А., Бакланова Н.И. Влияние термообработки на механическую прочность бескерновых карбидокремниевых волокон // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 3. С. 253–260. https://doi.org/10.31857/S0002337X2003015X
  13. Deal B.E., Grove A.S. General Relationship for the Thermal Oxidation of Silicon // J. Appl. Phys. 1965. V. 36. № 12. P. 3770–3778. https://doi.org/10.1063/1.1713945
  14. Mazerat S., Lacroix J., Rufino B., Pailler R. Carbon Derived from Silicon Carbide Fibers, a Comparative Study // Mater. Today Commun. 2019. V. 19. P. 177–185. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2019.01.013
  15. Zu M., Zou S.M., Han S., Liu H.T. Effects of Heat Treatment on the Microstructures and Properties of KD-I SiC Fibres // Mater. Res. Innovations. 2015. V. 19. Supl. №1. P. S1–4 37--S1–4 41. https://doi.org/10.1179/1432891715Z.0000000001587
  16. Lee Y. The Second Order Raman Spectroscopy in Carbon Crystallinity // J. Nucl. Mater. 2004. V. 325. № 2–3. P. 174–179. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2003.12.005
  17. Kim J., Tlali S., Jackson H.E., Webb J.E., Singh R.N. A Micro-Raman Investigation of the SCS-6 SiC Fiber // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. № 1. P. 407–412. https://doi.org/10.1063/1.365828
  18. Malard L.M., Pimenta M.A., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. Raman Spectroscopy in Graphene // Phys. Rep. 2009. V. 473. № 5–6. P. 51–87. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2009.02.003
  19. Yajima S., Okamura K., Hayashi J., Omori M. Synthesis of Continuous SiC Fibers with High Tensile Strength // J. Am. Ceram. Soc. 1976. V. 59. № 7–8. P. 324–327. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1976.tb10975.x
  20. Wang H., Gao S., Peng S., Zhou X., Zhang H., Zhou X., Li B. KD-S SiCf/SiC Composites with BN Interface Fabricated by Polymer Infiltration and Pyrolysis Process // J. Adv. Ceram. 2018. V. 7. № 2. P. 169–177. https://doi.org/10.1007/s40145-018-0268-2
  21. Zakirov A.S., Navamathavan R., Jang Y.J., Jung A.S., Lee K.-M., Choi C.K. Comparative Study on the Structural and Electrical Properties of Low-k SiOC(-H) Films Deposited by Using Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition // J. Korean Phys. Soc. 2007. V. 50. № 6. P. 1809–1813. https://doi.org/10.3938/jkps.50.1809
  22. Kopáni M., Jergel M., Kobayashi H., Takahashi M., Brunner R., Mikula M., Imamura K., Jurečka S., Pinčík E. On Determination of Properties of Ultrathin and Very Thin Silicon Oxide Layers by FTIR and X-ray Reflectivity // MRS Proc. 2008. V. 1066. https://doi.org/10.1557/PROC-1066-A07-03
  23. Nyahumwa C. Multiple Defect Distributions on Weibull Statistical Analysis of Fatigue Life of Cast Aluminium Alloys // African J. Sci. Technol. 2005. V. 6. № 2. P. 43–54. https://doi.org/10.4314/ajst.v6i2.55174
  24. Thomason J.L. On the Application of Weibull Analysis to Experimentally Determined Single Fibre Strength Distributions // Compos. Sci. Technol. 2013. V. 77. P. 74–80. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2013.01.009
  25. Mazerat S., Pailler R. Oxidation Behavior of Si-C-O-(Ti) Fibers from 450° to 1140°С : Comparing the Kinetic of Oxide Scale Growth to the Slow Crack Growth // J. Eur. Ceram. Soc. 2024. V. 44. № 2. P. 760–775. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.09.070

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Si-C-O diagram of the atomic composition of silicon carbide fibers [14, 15].

Download (42KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffractograms (a), CR spectra (b) and IR spectra (c) of initial, vacuum-heated (1000 °C, 28 h) and oxidized (1000 °C, 28 h) silicon carbide fibers.

Download (56KB)
Indexing metadata
4. Fig.3. SEM images of initial (a) and vacuum-heated (1000°C, 28 h) (b) silicon carbide fibers.

Download (22KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM images of oxidized (1000°C, 28 h) fibers: (a) - general view, (b) - surface, (c) - details of the oxidized layer.

Download (34KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Approximation of the time dependence of the oxidized layer thickness by Zhu et al. and Deal & Grove equations.

Download (19KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Parabolic law approximation of the time dependence of the oxide layer thickness.

Download (17KB)
Indexing metadata
8. Fig.7. Determination of activation energy of oxidation of silicon carbide fiber in the temperature range 900-1000 °C.

Download (15KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependences of average fiber strength on time of processing at 1000°C in vacuum and in air.

Download (11KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».