Вибори директора
  1. Головна
  2. Структура
  3. Адміністрація
  4. Публікація

Кераміка ZrB2 з добавками MoSi2, SiC і B4C: кінетика ущільнення, фазоутворення та опір повзучості

О.М.Григорьєв,
 
В.Б.Винокуров,
 
Л. І.Клименко,
 
М.Д.Бега*
 

Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , Київ
mykolabega@gmail.com
Usp. materialozn. 2023, 7:113-118
https://doi.org/10.15407/materials2023.07.012

Анотація

Проведено порівняльне дослідження процесів ущільнення, структуроутворення та механічних властивостей кераміки на основі бориду цирконію з активуючими спікання добавками карбідів бору, кремнію та хрому, а також силіциду молібдену, отриманої гарячим пресуванням в атмосфері СО. У кераміці ZrB—SiC при гарячому пресуваннi, а також при наступних випробуваннях високотемпературної повзучості формується бідисперсна структура iз субмікрозеренною складовою, яка відповідає за високі швидкості деформації та пластичну повзучiсть без руйнування. У кераміці ZrB2–B4C–Cr3C2 використання активуючих добавок знижує температуру гарячого пресування до 1940 °C та прискорює процес ущільнення кераміки. У цiй кераміці субмікрозеренна компонента відсутня, що забезпечує високий опір повзучості до 2000 °C. Фазовий склад керамiки ZrB2–MoSi2 при горячому пресуваннi рiзко змiнюється, утворюється твердий розчин ZrB2 iз другими фазами SiC та B4C, а по опіру повзучості займає промiжнє положення мiж двома iншими керамiками.


Завантажити повний текст

МІЦНІСТЬ ПРИ 20О С, ГАРЯЧЕ ПРЕСУВАННЯ В АТМОСФЕРІ СО, ДИБОРИД ЦИРКОНІЮ, КАРБІДИ КРЕМНІЮ, БОРУ ТА ХРОМУ, КІНЕТИКА УЩІЛЬНЕННЯ, СТРУКТУРА, СУПРОВІД ПОВЗУЧОСТІ

Посилання

1. Кузенкова M.A., Кислый П.С. Усадка диборида циркония при спекании. Порошковая металлургия. 1966. № 2. С. 46—55.

2. Кузенкова M.A., Кислый П.С. Рост зерен в дибориде циркония при спекании. Порошковая металлургия. 1966. № 10. С. 812—815.

3. Кислый П.С., Кузенкова M.A. Особенности спекания сплавов диборида циркония с молибденом. Порошковая металлургия. 1976. № 6. С. 270—272.  

4. Silvestroni, L., Sciti, D. (2010). Sintering behavior, microstructure, and mechanical properties: A comparison among pressureless sintered ultra-refractory carbides. Adv. Mater. Sci. Engineering. doi: https://doi.org/10.1155//835018

5. Talmy, I. G., Zaykoski, J. A., Opeka, M. M. (2008). High-temperature chemistry and oxidation of ZrB2 ceramics containing SiC, Si3N4, Ta5Si3, and TaSi2. J. Amer. Ceram. Soc., Vol. 91, pp. 2250—2257. doi: https://doi.org/10.1111/j.1551- 2916.2008.02420.x

6. Opila, E., Levine, S., Lorincz, J. (2004). Oxidation of ZrB2- and HfB2-based ultra-high temperature ceramics: Effect of Ta additions. J. Mater. Sci., Vol. 39, pp. 5969—5977. doi: https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000041693.32531.d1

7. Grohsmeyer, R. J., Silvestroni, L., Hilmas, G. E., Monteverde, F., Fahrenholtz, W. G., D’Angió, A., Sciti, D. (2019). ZrB2—MoSi2 ceramics: a comprehensive overview of microstructure and properties relationships. Part I: Processing and microstructure. J. European Ceram. Soc., Vol. 39 [6], pp. 1939—1947. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.01.022

8. Sciti, D., Silvestroni, L., Nygren, M. (2008). Spark plasma sintering of ultra-high temperature ceramics with decreasing amount of MoSi2 as sintering aid. Zr- and Hf-borides. J. European Ceram. Soc., Vol. 28, pp. 1287—1296.

9. Silvestroni, L., Kleebe, H. J., Lauterbach, S., Müller, M., Sciti, D. (2010). Transmission electron microscopy on Zr- and Hf-borides with MoSi2 addition: Densification mechanisms. J. Mater. Res., Vol. 25, pp. 828—834. doi: https://doi.org/10.1557/jmr.2010.0126

10. Guo, S. Q. (2009). Densification of ZrB2-based composites and their mechanical and physical properties: A review. J. European Ceram. Soc., Vol. 29, pp. 995— 1011. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.11.008

11. Gilli, N., Watts, J., Fahrenholtz, W. G., Sciti, D., Silvestroni, L. (2021). Design of ultra-high temperature ceramic nano-composites from multi-scale length microstructure approach. Composites B, Vol. 226, pp. 109—344. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109344

12. Vedel, D., Osipov, A., Melakh, L., Brodnikovskyi, M., Grigoriev O. (2023). Contact interaction and hot pressing of ZrB2—MoSi2 in CO/CO2 atmosphere. J. European Ceram. Soc., Vol. 43, is. 8, pp. 3025—3033.

13. Ordan’yan, S. S., Dmitriev, A., Bizhev, K., Stepanenko, E. (2018). Interaction in B4C—MeVB2 systems. Angewandte Chemie Int. Edition, Vol. 6 (11), pp. 951—952.

14. Grigoriev, O. N., Vinokurov, V. B., Klimenko, L. I., Bega, N. D., Danilenko, N. I. (2016). Sintering of zirconium diboride and phase transformations in the presence of Cr3C2. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 55, pp. 185—194. doi: https://doi.org/10.1007/s11106-016-9793-0

15. Grigoriev, O. N., Vinokurov, V. B., Galanov, B. A., Melakh, L. M., Bystrenko, A. V. (2018). Sintering of ultra-high-temperature ceramics: processes at grain boundaries and formation of properties. Science about materials: reaching that perspective, Vol. 1, Kiev: Akademperiodika, pp. 121—152 [in Russian].

16. Vinokurov, V. B., Kovalchenko, M. S., Klimenko, L. I., Bega, N. D., Mosina T. V. (2018). Kinetics of nonisothermal pressure sintering of zirconium diboride powder with additives of boron and chromium carbides in vacuum. Powder Metallurgy and Metal Ceram., Vol. 57, pp. 27—37. doi: https://doi.org/10.1007/s11106-018-9952-6

17. Silvestroni, L., Failla, S., Vinokurov, V., Neshpor, I., Grigoriev, O. (2019). Coreshell structure: An effective feature for strengthening ZrB2. Ceram. Scr. Mater., Vol. 160, pp. 1—4. doi: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.09.024

18. Grigoriev, O., Neshpor, I., Vedel, D., Mosina, T., Silvestroni, L. (2021). Influence of chromium diboride on the oxidation resistance of ZrB2—MoSi2 and ZrB2—SiC ceramics. J. European Ceram. Soc., Vol. 41, pp. 2207—2214. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.12.036

19. Reshetniak, M., Sobol, O. (2008). Enhanced analysis of the structure and substructural characteristics of nanocrystalline condensed and bulk materials of the quasi-binary system W2B5—TiB2 using the X-ray diffraction data processing program “New_profile”. Phys. Surface Engineering, Vol. 6, pp. 180—188.

20. Rietveld, H. M. (1969). A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. J. Appl. Crystallogr., Vol. 2, pp. 65—71. doi: https://doi.org/10.1107/s0021889869006558

21. Silvestroni, L., Failla, S., Neshpor, I., Grigoriev, O. (2018). Method to improve the oxidation resistance of ZrB2-based ceramics for reusable space systems. J. European Ceram. Soc., Vol. 38, pp. 2467—2476.

22. Tsai, R. L., Raj, R., Overview #18: (1982). Creep fracture in ceramics containing small amounts of liquid phase. Acta Metall., Vol. 30, No. 6, pp. 1043—1058.

Публікації