ОСОБЛИВОСТІ СИНТЕЗУ ТА КОНСОЛІДАЦІЇ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ У СИСТЕМІ SiC–Si₃N₄–Si₂N₂O 

Анотація

Досліджено особливості синтезу композиційного порошку SiC–Si₃N₄–Si₂N₂O з кон­трольованим вмістом фаз карбіду, нітриду та оксинітриду кремнію, вивчено структуру та властивості  гарячепресованої  кераміки, отриманої на його основі. Встановлено, що синтез композиційного порошку SiC–Si₃N₄–Si₂N₂O оптимального складу відбувається в умовах нагрівання до 1200 °C на повітрі суміші терморозширеного графіту (ТРГ) та кремнію у масовому співвідношенні 1 : 3. При взаємодії ТРГ з дис-пер­сним кремнієм при 1200 °C утворюється твердий розчин вуглецю в карбіді кремнію з виділенням тепла, яке підвищує температуру в локальних об’ємах стільникової структури ТРГ до рівня, за якого азот повітря забезпечує утворення нітриду та оксинітриду кремнію, а також аморфної фази, що  кристалізується при збільшенні часу взаємодії до 2,5 год. Тривалість процесу впливає на кінцевий розподіл фаз, формування яких відбувається за участі СО, SiO та азоту повітря. Мікроструктура синтезованого порошку характеризується загальним агломерованим станом, зумовленим стрижневими та пластинчастими формами Si₃N₄ та Si₂N₂O. Встановлено, що в процесі гарячого пресування композиційного порошку SiC–Si₃N₄–Si₂N₂O за участі оксидних активаторів Al₂O₃ та Y₂O₃ формується високодисперсний стан кераміки, що сприяє підвищенню її твердості та тріщиностійкості (HV10 = 20,7 ГПа; К_Ic= 6,5 МПа · м^1/2). Структура спеченої при 2000 °С кераміки відрізняється від структури кераміки, спеченої при 1850 °С – перш за все, більш високою щільністю та середнім розміром зерен. Встановлено, що високодисперсний стан кераміки суттєво впливає на стійкість до абразивного зношування в умовах сухого тертя. Показник лінійного зносу зразка із середнім розміром структурних елементів 0,2–1,5 мкм при швидкості ковзання 1 м/с та навантаженні 0,2 МПа складає 111 мкм/км, що значно менше лінійного зносу  промислової кераміки на основі реакційно-спеченого карбіду кремнію, який складає 232,4 мкм/км.