1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 9, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 9, стр. 989-996

Керамические композиты Si3N4/TiN, полученные методом горячего прессования

К. А. Ким 1, *, А. С. Лысенков 1, М. Г. Фролова 1, Ю. Ф. Каргин 1

1 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
119334 Москва, Ленинский пр., 49, Россия

* E-mail: const552@gmail.com

Поступила в редакцию 06.04.2023
После доработки 15.06.2023
Принята к публикации 16.06.2023

Аннотация

Методом горячего прессования в атмосфере азота с использованием высокодисперсных порошков Si3N4, Ti и спекающей добавки CaO–Al2O3 получены и исследованы керамические композиты Si3N4/TiN. Установлено, что в ходе горячего прессования происходит азотирование титана с образованием нитрида титана состава TiN0.9. В результате взаимодействия нитрида кремния и спекающей добавки образуется Ca-α-SiAlON состава Ca0.67(Si10Al2)(N15.3O0.7). Кроме основных фаз, регистрируется присутствие алюмосиликата кальция состава Ca3Al2Si3O12. При росте концентрации нитрида титана в композитах, полученных при температуре 1650°C, увеличиваются плотность и микротвердость по Виккерсу: с 3.18 ± 0.03 до 4.33 ± 0.03 г/см3 и с 17 ± 1.1 до 29.4 ± 0.9 ГПа соответственно.

Ключевые слова: керамические композиты, нитрид титана, нитрид кремния, сиалоны, микротвердость, фазовый анализ

Список литературы

  1. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. M.: Наука, 1993. 187 с.

  2. Косолапова Т.Я., Андреева Т.В., Бартницкая Т.С., Гнесин Г.Г., Макаренко Г.Н., Осипова И.И., Прилуцкий Э.В. Неметаллические тугоплавкие соединения. М.: Металлургия, 1985. Т. 161.

  3. Андриевский Р.А. Нитрид кремния – синтез и свойства // Успехи химии. 1995. Т. 64. № 4. С. 311–329.

  4. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия, 1984.

  5. Каргин Ю.Ф., Лысенков А.С., Ивичева С.Н., Закоржевский В.В., Боровинская И.П., Куцев С.В., Солнцев К.А. Керамика Si3N4 с модифицирующими добавками фаз системы CaO–Al2O3–AlN, полученная горячим прессованием // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 11. С. 1291–1291.

  6. Журавлева Н.В., Лукин E.С. Керамика на основе нитрида кремния // Огнеупоры. 1993. С. 6–12.

  7. Zivkovic Lj., Nikolic Z., Boskovic S., Miljkovic M. Microstructural Characterization and Computer Simulation of Conductivity in Si3N4–TiN Composites // J. Alloys Compd. 2004. V. 373. № 1–2. P. 231–236. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.10.036

  8. Bellosi A., Guicciardi S., Tampieri A. Developmentand Characterization of Electroconductive Si3N4–TiN Composites // J. Eur. Ceram. Soc. 1992. V. 9. № 2. P. 83–93. https://doi.org/10.1016/0955-2219(92)90049-J

  9. Bracisiewicz M., Medri V., Bellosi A. Factors Inducing Degradation of Properties After Long Term Oxidation of Si3N4–TiN Electroconductive Composites // Appl. Surf. Sci. 2002. V. 202. № 3–4. P. 39–149. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(02)00498-1

  10. Lee C.H., Lu H.H., Wang C.A., Nayak P.K., Huang J.L. Microstructure and Mechanical Properties of TiN/Si3N4 Nanocomposites by Spark Plasma Sintering (SPS) // J. Alloys Compd. 2010. V. 508. № 2. P. 540–545. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.08.116

  11. Lee B.T., Yoon Y.J., Lee K.H. Microstructural Characterization of Electroconductive Si3N4–TiN Composites // Mater. Lett. 2001. V. 47. № 1–2. P. 71–76. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(00)00214-7

  12. Zou B., Huang C.Z., Liu H.L., Chen M. Preparation and Characterization of Si3N4/TiN Nanocomposites Ceramic Tool Materials // J. Mater. Process. Technol. 2009. V. 209. № 9. P. 4595–4600. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.10.025

  13. Zhou M., Zhong J., Zhao J., Rodrigo D., Cheng Y.B. Microstructures and Properties of Si3N4/TiN Composites Sintered by Hot Pressing and Spark Plasma Sintering // Mater. Res. Bull. 2013. V. 48. № 5. P. 1927–1933. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.01.045

  14. Guo Z., Blugan G., Kirchner R., Reece M., Graule T., Kuebler J. Microstructure and Electrical Properties of Si3N4–TiN Composites Sintered by Hot Pressing and Spark Plasma Sintering // Ceram. Int. 2007. V. 33. № 7. P. 1223–1229. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2006.03.029

  15. QiLiang H., Juan C., Wei P., Jian C., Jie L. In Situ Processing of TiN/Si3N4 Composites by Ti-Si3N4 Solid State Reaction // Mater. Lett. 1997. V. 31. № 3–6. P. 221–225. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(96)00277-7

  16. Kiyono H., Miyake Y., Nihei Y., Tumura T., Shimada S. Fabrication of Si3N4-Based Composite Containing Needle-Like TiN Synthesized Using NH3 Nitridation of TiO2 Nanofiber // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. № 7. P. 1413–1417. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.04.008

  17. Лысенков А.С., Ким К.А., Каргин Ю.Ф., Фролова М.Г., Титов Д.Д., Ивичева С.Н., Перевислов С.Н. Композиты Si3N4–TiN, полученные горячим прессованием порошков нитрида кремния и титана // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 3. С. 324–328. https://doi.org/10.31857/S0002337X20030112

  18. Каргин Ю.Ф., Ивичева С.Н., Лысенков А.С., Овсянников Н.А., Шворнева Л.И., Солнцев К.А. Композиты Si3N4/TiN, полученные из порошков Si3N4, модифицированных TiO2 // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 9. С. 1017–1017.

  19. Gao L., Li J., Kusunose T., Niihara K. Preparation and Properties of TiN–Si3N4 Composites // J. Eur. Ceram. Soc. 2004. V. 24. № 2. P. 381–386. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00218-8

  20. Pezzotti G., Tanaka I., Ikuhara Y., Sakai M., Nishida T. Evidences for Dilute Solid Solutions in the Si3N4-TiN System // Scr. Metall. Mater. 1994. V. 31. № 4. P. 403–406.

  21. Jerebtsov D.A., Mikhailov G.G. Phase Diagram of CaO–Al2O3 System // Ceram. Int. 2001. V. 27. № 1. P. 25–28. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00037-7

  22. Wanbao H., Baolin Z., Hanrui Z., Wenlan L. Combustion Synthesis of Si3N4–TiN Composite Powders // Ceram. Int. 2004. V. 30. № 8. P. 2211–2214. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.01.005

  23. Mitomo M., Sato Y.I., Ayuzawa N., Yashima I. Plasma Etching of α-Sialon Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1991. V. 74. № 4. P. 856–858. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1991.tb06940.x

  24. Christensen A.N., Fregerslev S. Preparation, Composition, and Solid State Investigations of TiN, ZrN, NbN, and Compounds From the Pseudobinary Systems NbN–NbC, NbN–TiC, and NbN–TiN // Acta Chem. Scand. 1977. V. 31A. P. 861–868.

  25. 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/10.31857/S0002337X22080048

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал