Email this article 
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез композиций в системе Si3N4–Yb2O3
- Authors: Закоржевский В.В.1, Шибаков И.А.1, Ковалев И.Д.1, Мухина Н.И.1
-
Affiliations:
- Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
- Issue: Vol 60, No 9-10 (2024)
- Pages: 1117-1126
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/291647
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X24090064
- EDN: https://elibrary.ru/LMDTHL
- ID: 291647
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
Представлены результаты исследования закономерностей синтеза композиций в системе Si3N4–Yb2O3 методом СВС. В процессе исследований содержание оксида иттербия в композициях изменяли от 4 до 20 мас.%. Показано влияние оксида иттербия на температуру горения, морфологию и фазовый состав продуктов синтеза. Установлено, что при увеличении доли оксида иттербия в реакционной шихте температура горения возрастает. Определены оптимальные условия синтеза композиций с высоким содержанием альфа-фазы нитрида кремния.
Full Text
About the authors
В. В. Закоржевский
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Author for correspondence.
Email: zakvl@ism.ac.ru
Russian Federation, ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, Московская обл., 142432
И. А. Шибаков
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: zakvl@ism.ac.ru
Russian Federation, ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, Московская обл., 142432
И. Д. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: zakvl@ism.ac.ru
Russian Federation, ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, Московская обл., 142432
Н. И. Мухина
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Email: zakvl@ism.ac.ru
Russian Federation, ул. Академика Осипьяна, 8, Черноголовка, Московская обл., 142432
References
- Heinrich J.D., Kruner H. Silicon nitride materials for engine applications // CFI, Ceram. Forum Int. 1995. V. 72. № 4. P. 167–174.
- Klemm Hagen. 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
- Strobla S., Lubeb T., Supancicb P., Stoisera M., Schöppl O., Danzer R. Mechanical properties of silicon nitride rolling elements in dependence of size and shape // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. V. 34. P. 4167–4176. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.06.029
- Berroth K. Silicon nitride ceramics for product and process innovations // Adv. Sci. Technol. 2005. V. 65. P. 70–77. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.65.70
- Ивахненко Ю.А., Варрик Н.М., Максимов В.Г. Высокотемпературные радиопрозрачные керамические композиционные материалы для обтекателей антенн и других изделий авиационной техники (обзор) // Тр. ВИАМ. 2016. № 5 (41). С. 36–43. https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-5-6-6
- Chihara K., Hiratsuka D., Shinoda Y., Akatsu T., Wakai F., Tatami J. et al. High-temperature compressive deformation of β-SiAlON polycrystals containing minimum amount of intergranular glass phase // Mater. Sci. Eng., B. 2008. V. 148. P. 203–206. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.09.008
- Meléndez-Martínez J., Domínguez-Rodríguez A. Creep of silicon nitride. // Mater Sci. 2004. V. 49. № 1. P. 19–107. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(03)00020-3
- Tanabe S., Hirao K., Soga N. Elastic properties and molar volume of rare-earth aluminosilicate glasses // J. Am. Ceram. Soc. 1992. V. 75. № 3. P. 503–509. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1992.tb07833.x
- Матюха В.А., Матюха С.В. Оксалаты редкоземельных элементов и актиноидов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ИздАт, 2008. 608 с. ISBN 978-5-86656-226-8.
- Wang L., Roy S., Sigmund W., Aldinger F. In situ Incorporation of Sintering Additives in Si3N4 Powder by a Combustion Process // J. Eur. Ceram. Soc. 1999. V. 19. P. 61–65. https://doi.org/10.1002/chin.199915293
- Ткачева И.И. Горячепрессованная керамика из ультрадисперсных композиционных порошков // Огнеупоры. 1994. № 2. C. 13–20.
- Закоржевский В.В., Боровинская И.П., Чевыкалова Л.А., Келина И.Ю. Особенности синтеза композиций a-Si3N4-(MgO,Y2O3) в режиме горения // Порошковая металлургия. 2007. № 1/2. C. 10–14. https://doi.org/10.1007/s11106-007-0002-z
- Чевыкалова Л.А., Келина И.Ю., Михальчик И.Л., Плясункова Л.А., Аракчеев А.В., Закоржевский В.В., Лорян В Э. Керамический материал на основе отечественныx композиционныx порошков нитрида кремния, полученных методом СВС // Новые огнеупоры. 2014. № 10. C. 31–36. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2014-10-31-36
- Zakorzhevski V.V., Sharivker S.Yu., Borovinskaya I.P., Ignatieva T.I., Sachkova N.V. Specific Features of Self-Propagating High-Temperature Synthesis of the AlN-Y2O3 System and Some Properties of the Final Products // Int. J. Self.-Propag. High-Temp. Synth. 1999. V. 8. № 2. P. 165–176.
- Pampuch R., Lis J., Stoberski L., Ermer E. Improvement Sinterabilitty and Microstructure of Covalent Ceramics by Solid Combustion Synthesis // Int. J. Self.-Propag. High-Temp. Synth. 1993. V. 2. № 3. P. 49–55.
- Park Hyoungjoon, Kim Hyoun-Ee, Niihara Koichi. 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/10.1002/chin.199725011.
- Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия, 1984. 137 с.
Supplementary files
Supplementary Files
Action
1.
JATS XML
2.
Fig. 1. Effect of silicon content in the batch on combustion temperature: 1 – 12, 2 – 16 wt.% Yb2O3.
Download (58KB)
3.
Fig. 2. Effect of ytterbium oxide content in the batch on combustion temperature: 1 – 21, 2 – 23 wt.% Si.
Download (53KB)
4.
Fig. 3. Effect of ytterbium oxide content in the batch on combustion rate: 1 – 23, 2 – 21 wt.% Si.
Download (45KB)
5.
Fig. 4. Effect of silicon content in the batch on the alpha phase content in the synthesis product: 1 – 16, 2 – 12 wt.% Yb2O3.
Download (47KB)
6.
Fig. 5. Effect of ytterbium oxide content in the batch on the alpha phase content in the synthesis product: 1 – 23, 2 – 21 wt.% Si.
Download (45KB)
7.
Fig. 6. Effect of synthesis temperature on the alpha phase content in the product: 1 – 16, 2 – 12 wt.% Yb2O3.
Download (41KB)
8.
Fig. 7. Alpha phase content in samples with 16 wt.% Yb2O3 and different silicon content: 1 – surface layer (5 mm), 2 – after grinding and averaging of the sinter, 3 – central part of the sinter.
Download (56KB)
9.
Fig. 8. Change in the phase composition of the samples depending on the ytterbium oxide content in the batch.
Download (417KB)
10.
Fig. 9. Morphology of particles of the Si3N4/Yb2Si2O7 composite obtained with a content of 4 wt.% Yb2O3 in the batch: a – particle size and shape, b – distribution of ytterbium oxide phases.
Download (374KB)
11.
Fig. 10. Morphology of particles of the Si3N4/Yb4Si2N2O7/Yb2Si2O7 composite obtained with a batch containing 12 wt.% Yb2O3: a – particle size and shape, b – distribution of ytterbium oxide phases.
Download (321KB)
12.
Fig. 11. Morphology of particles of the Si3N4/Yb4Si2N2O7/Yb2Si2O7 composite obtained from a batch with 23 wt.% silicon and a content of 16 (a), 20 wt.% Yb2O3 (b).
Download (285KB)
13.
Fig. 12. Distribution of ytterbium oxide phases in the Si3N4/Yb4Si2N2O7/Yb2Si2O7 composite obtained from a batch with 23 wt.% silicon and 16 wt.% Yb2O3.
Download (156KB)
14.
Fig. 13. Morphology of Si3N4/Yb4Si2N2O7/Yb2Si2O7 composite particles obtained from a batch with 21 wt.% silicon and 20 wt.% Yb2O3.
Download (150KB)
15.
Fig. 14. Distribution of ytterbium oxide phases in the Si3N4/Yb4Si2N2O7/Yb2Si2O7 composite obtained from a batch with 21 wt.% silicon and 20 wt.% Yb2O3.
Download (132KB)
16.
Fig. 15. Morphology of a-Si3N4–Yb2O3 sample particles with 16 wt.% Yb2O3: a – after dispersion in a jet mill, b – after grinding in ammonia water; c – distribution of the oxide phase.
Download (445KB)
