Phase Composition and Physicomechanical Properties of β-Sialons Prepared Using NaF as a Sintering Aid

N. S. Akmadullina; Ахмадуллина Н. С.; V. P. Sirotinkin; Сиротинкин В. П.; K. A. Kim; Ким К. А.; A. S. Lysenkov; Лысенков А. С.; M. G. Frolova; Фролова М. Г.; S. V. Fedorov; Федоров С. В.; N. A. Ovsyannikov; Овсянников Н. А.; S. N. Ivicheva; Ивичева С. Н.; Yu. F. Kargin; Каргин Ю. Ф.

doi:10.31857/S0002337X23090014

Фазовый состав и физико-механические свойства β-сиалонов, полученных с использованием NaF как спекающей добавки

Авторы: Ахмадуллина Н.С.¹, Сиротинкин В.П.², Ким К.А.¹, Лысенков А.С.¹, Фролова М.Г.¹, Федоров С.В.¹, Овсянников Н.А.², Ивичева С.Н.², Каргин Ю.Ф.²
Учреждения:
1. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
2. 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

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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

сиалон, фторид натрия, спекающая добавка, плотность, микротвердость, прочность на изгиб

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.