1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 8, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 8, стр. 934-941

Получение керамики Si3N4 с добавкой 3 мас. % Y2O3–Al2O3 (2 : 1, 1 : 1, 3 : 5) электроимпульсным плазменным спеканием

П. В. Андреев 1, 2, *, П. Д. Дрожилкин 2, Л. С. Алексеева 2, К. Е. Сметанина 2, Е. Е. Ростокина 1, С. С. Балабанов 1, М. С. Болдин 2, А. А. Мурашов 2, Г. В. Щербак 2

1 Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук, Бокс-75
603137 Нижний Новгород, ул. Тропинина, 49, Россия

2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
603022 Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, Россия

* E-mail: andreev@phys.unn.ru

Поступила в редакцию 01.12.2022
После доработки 29.08.2023
Принята к публикации 30.08.2023

Аннотация

Методами Печини и распылительной сушки были изготовлены порошковые смеси на основе α-Si3N4 с 3 мас. % спекающей добавки состава Y2O3–Al2O3 в стехиометрии 2 : 1, 1 : 1 и 3 : 5. Изучены четыре образца керамики, изготовленных методом электроимпульсного плазменного спекания порошковых смесей. Спекание проводилось до температуры окончания усадки порошковых смесей со скоростью нагрева 50°C/мин и при нагрузке 70 МПа. Проведен анализ усадки порошковых смесей в процессе спекания, рассчитана энергия активация спекания, измерены плотность, микротвердость и трещиностойкость (вязкость разрушения) образцов керамики. Наибольшая твердость HV = 16.5 ГПа при трещиностойкости KIc = 3.8 МПа м1/2 была достигнута для образца с мольным соотношением оксидов Y2O3 : Al2O3 = 3 : 5, спеченного при 1860°C, уплотнение образца при этом составило 99.0%. Шихта для данного образца была синтезирована методом распылительной сушки.

Ключевые слова: нитрид кремния, керамика, электроимпульсное плазменное спекание, порошковая смесь, твердость, трещиностойкость

Список литературы

  1. Tatarkova M., Tatarko P., Sajgalik P. Si3N4 Ceramics, Structure and Properties // Encyclopedia of Materials: Technical Ceramics and Glasses. 2021. V. 2. P. 109–118. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818542-1.00021-7

  2. 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

  3. Zamula M.V., Kolesnichenko V.G., Stepanenko A.V., Tyschenko N.I., Shyrokov O.V., Borodianska H.Yu., Ragulya A.V. Phase Transformations and Consolidation of Si3N4 Ceramics Activated with Yttrium and Silicon Oxides in Spark Plasma Sintering // Powder Metall. Met. Ceram. 2022. V. 60. P. 672–684. https://doi.org/10.1007/s11106-022-00288-8

  4. Yu J.-J., Sun S.-K., Wei W.-X., Guo W.-M., Plucknett K., Lin H.-T. Continuous and Symmetric Graded Si3N4 Ceramics Designed by Spark Plasma Sintering at 15 MPa // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 13. P. 16703–16706. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2019.05.148

  5. Ye C., Yue X., Zong H., Liao G., Ru H. In-situ Synthesis of YAG@Si3N4 Powders with Enhanced Mechanical Properties // J. Alloys Compd. 2018. V. 731. P. 813–821. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.10.064

  6. Ceja-Cardenas L., Lemus-Ruiz J., Jaramillo-Vigueras D., de la Torre S.D. Spark Plasma Sintering of α-Si3N4 Ceramics with Al2O3 and Y2O3 as Additives and Its Morphology Transformation // J. Alloys Compd. 2010. V. 501. № 2. P. 345–351. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.04.102

  7. Андреев П.В., Алексеева Л.С., Ростокина Е.Е., Дрожилкин П.Д., Балабанов С.С., Мурашов А.А., Каразанов К.О. Синтез порошковых композитов на основе Si3N4 для электроимпульсного плазменного спекания керамики // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 10. С. 1134–1140. https://doi.org/10.31857/S0002337X22100013

  8. Ким К.А., Лысенков А.С., Федоров С.В., Петракова Н.В., Фролова М.Г., Перевислов С.Н., Каргин Ю.Ф. Изучение влияния спекающей добавки CaO–Al2O3 (48 : 52 мас. %) на фазовый состав и свойства керамики на основе Si3N4 // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 8. С. 908–916. https://doi.org/10.1134/s0020168522080040

  9. Perevislov S.N. Investigation of the Phase Composition and Analysis of the Properties of Sintered and Hot-Pressed Materials Based on Silicon Nitride // Refract. Ind. Ceram. 2022. V. 63. P. 66–73. https://doi.org/10.1007/S11148-022-00682-0

  10. Андреев П.В., Дрожилкин П.Д., Ростокина Е.Е., Балабанов С.С., Алексеева Л.С., Болдин М.С., Мурашов А.А., Щербак Г.В., Гребенев В.В., Каразанов К.О. Изготовление керамических композитов на основе порошка нитрида кремния с осажденной спекающей добавкой // Перспективные материалы. 2022. № 8. С. 76–88. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2022-8-76-88

  11. Andreev P.V., Drozhilkin P.D., Alekseeva L.S., Smetanina K.E., Rostokina E.E., Balabanov S.S., Boldin M.S., Murashov A.A., Shcherbak G.V. Spark Plasma Sintering of Si3N4 Ceramics with Y2O3 – Al2O3 (3–10 wt. %) as Sintering Additive // Coatings. 2023. № 13. P. 240. https://doi.org/10.3390/coatings13020240

  12. Чувильдеев В.Н., Болдин М.С., Дятлова Я.Г., Румянцев В.И., Орданьян С.С. Сравнительное исследование горячего прессования и высокоскоростного электроимпульсного плазменного спекания порошков Al2O3/ZrO2/Ti(C,N) // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 8. С. 1088–1094. https://doi.org/10.7868/S0044457X1508005X

  13. Falk L.K.L. Microstructural Development during Liquid Phase Sintering of Silicon Carbide Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 1997. V. 17. P. 983–994. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(96)00198-7

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал