Механические свойства керамики на основе нитрида кремния со спекающей добавкой Yb2O3
- Authors: Георгиу Н.К.1, Жукова Е.С.1, Жмурин А.И.1, Ганичев А.И.1, Лисаченко М.Г.1, Русин М.Ю.1
-
Affiliations:
- АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
- Issue: Vol 60, No 8 (2024)
- Pages: 1026-1035
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/290807
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X24080122
- EDN: https://elibrary.ru/LMSXRG
- ID: 290807
Cite item
Abstract
В работе исследованы фазовый состав и механические свойства керамики Si3N4 в зависимости от содержания Yb2O3. Показано, что для всех образцов основным компонентом межзеренной фазы было соединение Yb4Si2O7N2, а сопутствующими фазами – силикаты иттербия, количество которых возрастало с увеличением содержания Yb2O3 в исходных порошках. Выявлена тенденция к снижению прочности на изгиб с увеличением содержания спекающей добавки как при комнатной температуре, так и при 1600°С. Кривые перемещения-нагрузки при 1600°С показали пластический характер деформации и текучесть материала, которая росла с увеличением количества Yb2O3, что обусловлено неполной кристаллизацией межзеренной фазы.
Full Text

About the authors
Н. К. Георгиу
АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
Author for correspondence.
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030
Е. С. Жукова
АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030
А. И. Жмурин
АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030
А. И. Ганичев
АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030
М. Г. Лисаченко
АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030
М. Ю. Русин
АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030
References
- Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия, 1984. 136 с.
- Исследование нитридов / под. ред. Самсонова Г.В. Киев: ИПМ АН УССР, 1975. 226 с.
- Katz R.N. Commercial Applications of Silicon Nitride Based Ceramics // Mater. Technol. 1993. V. 8. № 7–8. P. 142–148. https://doi.org/10.1080/10667857.1993.11784967
- CeramTec Industrial [Электронный ресурс] URL: https://www.ceramtec-industrial.com/en/materials/silicon-nitride (дата обращения: 21.05.2024).
- Klemm H. Silicon Nitride for High-Temperature Applications // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. № 6. P. 1501–1522. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03839.x
- van Roode M., Ferber M.K., Richerson D.W. Ceramic Gas Turbine Design and Test Experience: Progress in Ceramic Gas Turbine Development. V. I. N. Y.: ASME PRESS, 2002. 722 p.
- van Roode M., Ferber M.K., Richerson D.W. Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization: Progress in Ceramic Gas Turbine Development. V. II. N. Y.: ASME PRESS, 2003. 775 p.
- Kingery W.D. Densification during Sintering in the Presence of a Liquid Phase. I. Theory // J. Appl. Phys. V. 30. 1959. P. 301–306. https://doi.org/10.1063/1.1735155
- Svoboda J., Riedel H., Gaebel R. A Model for Liquid Phase Sintering // Acta Mater. 1996. V. 44. № 8. P. 3215–3226.
- German R.M. Liquid Phase Sintering. N.Y.: Springer, 1985. P. 244. https://doi.org/10/1007/978-1-4899-3599-1
- Weiss J., Kaysser W.A. Liquid Phase Sintering // Prog. Nitrogen Ceram. 1983. V. 65. P. 169–186.
- Riley F.L. Silicon Nitride and Related Materials // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 2. P. 245–265. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2000.tb01182.x
- Nishimura T., Guo S., Hirosaki N., Mitomo N. Improving Heat Resistance of Silicon Nitride Ceramics with Rare-Earth Silicon Oxynitride // J. Ceram. Soc. Jpn. 2006. V. 114. № 11. Р. 880–887. https://doi.org/10.2109/jcersj.114.880
- Yoshida M., Tanaka K., Kubo T, Terazono H., Tsuruzono S. Development of Ceramic Components for Gas Turbine Engine (CGT302) // Am. Soc. Mech. Enj. 1998. P. 8. https://doi.org/10.1115/98-GT-398
- Ohji T. Long-term Tensile Creep Behavior of Highly Heat-resistant Silicon Nitride for Ceramic Gas Turbines // Ceram. Eng. Sci. Proc. 2001. V. 22 [3]. P. 159–166. https://doi.org/10.1002/9780470294680.ch18
- Торопов Н., Бондарь И., Лазарев А., Смолин Ю. Силикаты редкоземельных металлов и их аналоги. М.: Наука, 1971. 230 с.
- Levin E.M., Robbins C.R., McMurdie H.F. Phase Diagrams for Ceramists // J. Am. Ceram. Soc. 1964. 601 p.
- Nishimura T., Mitomo M., Suematsu H. High Temperature Strength of Silicon Nitride Ceramics with Ytterbium Silicon Oxynitride // J. Mater. Res. 1997. V. 12. № 1. P. 203–209. https://doi.org/10.1557/JMR. 1997.0027
- Park H., Kim H., Niihara K. Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Si3N4 with Yb2O3 as a Sintering Additive // J. Am. Ceram. Soc. 1997. V. 80. № 3. P. 750–756. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.1997.tb02892.x
- Самсонов Г.В. и др. Физико-химические свойства окислов. Справочник. М.: Металлургия, 1978. 472 с.
- Zhu X., Hirao K., Ishigaki T., Sakka Y. Potential Use of Only Yb2O3 in Producing Dense Si3N4 Ceramics with High Thermal Conductivity by Gas Pressure Sintering // Sci. Technol. Adv. Mater. 2010. V. 11. № 6. P. 11. https://doi.org/10.1088/1468-6996/11/6/065001
- Hoffmann M.J. High-temperature Properties of Yb-containing Si3N4 // NATO ASI Series. Series E: Applied Sciences. V. 276: Tailoring of mechanical properties of Si3N4 ceramics / Eds. Hoffmann M. J., Petzow G. Dordrecht: Kluwer, 1993. P. 233–244.
- Clarke D.R., Lange F.F., Schnittgrund G.D. Strengthening of a Sintered Silicon Nitride by a Post-Fabrication Heat Treatment // J. Am. Ceram. Soc. 1982. V. 65. № 4. P. 51–53. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916. 1982.tb10415.x
- Raj R., Lange F.F. Crystallization of Small Quantities of Glass (or a Liquid) Segregated in Grain-boundaries // Acta Metall. 1981. V. 29. № 12. P. 1993–2000. https://doi.org/10.1016/j.0001-6160(81)90036-5
Supplementary files
