Журнал неорганической химии, 2020, T. 65, № 4, стр. 564-573

Окисление пористых ультравысокотемпературных керамических материалов HfB2–SiC с повышенным содержанием карбида кремния (65 об. %) сверхзвуковым потоком воздуха

Е. П. Симоненко a*, Н. П. Симоненко a, А. Н. Гордеев b, А. Ф. Колесников b, А. С. Лысенков c, И. А. Нагорнов ad, В. Г. Севастьянов a, Н. Т. Кузнецов a

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

b Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
119526 Москва, пр-т Вернадского, 101, корп. 1, Россия

c Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
119334 Москва, Ленинский пр-т, 49, Россия

d Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
125047 Москва, Миусская пл., 9, Россия

* E-mail: ep_simonenko@mail.ru

Поступила в редакцию 15.11.2019
После доработки 26.11.2019
Принята к публикации 27.11.2019

Аннотация

Методом реакционного горячего прессования композиционного порошка HfB2–(SiO2–C) при температуре 1800°С (скорость нагрева 10 град/мин, длительность выдержки 15 мин) и давлении 30 МПа изготовлены пористые образцы состава HfB2–65 об. % SiC (пористость составляет 34.5%). С помощью высокочастотного индукционного плазмотрона изучена их стойкость к окислению под воздействием сверхзвукового потока диссоциированного воздуха (тепловые потоки в ходе эксперимента изменялись от 363 до 779 Вт/см2). Наблюдение в ходе эксперимента за распределением температур по поверхности образца показало, что резкий рост температуры от ∼1770–1850 до ∼2600°С происходит при меньших тепловых потоках и длительности воздействия по сравнению с более плотными образцами состава HfB2–30 об. % SiC (пористость 9–11%). Это свидетельствует о том, что повышение пористости материала HfB2–SiC, а также увеличение содержания карбида кремния приводят к снижению стойкости к окислению. Однако тот факт, что образец выдержал 37-минутное воздействие высокоэнтальпийного потока диссоциированного воздуха (из них 27 мин с температурой поверхности 2560–2620°С) без разрушения и полного окисления, позволяет отнести его к классу ультравысокотемпературных.

Ключевые слова: UHTC, термохимическое воздействие, высокоэнтальпийный поток воздуха, индукционный плазмотрон

DOI: 10.31857/S0044457X20040194

Список литературы

  1. Simonenko E.P., Sevast’yanov D.V., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. № 14. P. 1669. https://doi.org/10.1134/S0036023613140039

  2. Savino R., Criscuolo L., Di Martino G.D., Mungiguerra S. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 8. P. 2937. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.043

  3. Cissel K.S., Opila E. // J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. № 4. P. 1765. https://doi.org/10.1111/jace.15298

  4. Parthasarathy T.A., Petry M.D., Cinibulk M.K. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2013. V. 96. № 3. P. 907. https://doi.org/10.1111/jace.12180

  5. Jin X., He R., Zhang X., Hu P. // J. Alloys Compd. 2013. V. 566. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.03.067

  6. Silvestroni L., Mungiguerra S., Sciti D. et al. // Corros. Sci. 2019. V. 159. № 108125. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108125

  7. Monteverde F., Savino R., De Stefano Fumo M., Di Maso A. // J. Eur. Ceram. Soc. 2010. V. 30. P. 2313. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.01.029

  8. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 4. P. 421. https://doi.org/10.1134/S0036023618040186

  9. Lv H., Dong H., Wang Z., Meng X. // Adv. Mater. Res. 2011. V. 211–212 (Pt. 1). P. 270. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.211-212.270

  10. Squire T.H., Marschall J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2010. V. 30. P. 2239. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.01.026

  11. Eakins E., Jayaseelan D.D., Lee W.E. // Metall. Mater. Trans. A. 2011. V. 42a. P. 878. https://doi.org/10.1007/s11661-010-0540-8

  12. Yang Y., Li M., Xu L. et al. // Corros. Sci. 2019. V. 157. P. 87. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.05.027

  13. Gopinath N.K., Jagadeesh G., Basu B. // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. № 11. P. 6925. https://doi.org/10.1111/jace.16548

  14. Li N., Hu P., Xing P.F., Ke B. // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 479. Art. № 012067. https://doi.org/10.1088/1757-899X/479/1/012067

  15. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V. 92. № 2. P. 386. https://doi.org/10.1007/s10971-019-05029-9

  16. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.023

  17. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Sevastyanov V.G., Kuznetsov N.T. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 14. https://doi.org/10.1134/S0036023619140079

  18. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Lysenkov A.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 3. https://doi.org/10.31857/S0044457X20030149

  19. Ghassemi Kakroudi M., Dehghanzadeh Alvari M., Shahedi Asl M. et al. // Ceramics International. in print. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.10.093

  20. Kubota Y., Arai Y., Yano M. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. P. 2812. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.010

  21. Nesmelov D.D., Shabalkin I.D., Lysenkov A.S., Ordan’yan S.S. // Refract. Industr. Ceram. 2019. V. 59. № 5. P. 514. https://doi.org/10.1007/s11148-019-00264-7

  22. Xu L., Yang Y., Wang S. et al. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 223. P. 53. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.10.044

  23. Thimmappa S.K., Golla B.R., Bhanu P.V. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45 (7_Part_A). P. 9061. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.01.243

  24. Nasiri Z., Mashhadi M. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. V. 78. P. 186. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2018.09.009

  25. Pham D., Dycus J.H., LeBeau J.M. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. № 2. P. 757. https://doi.org/10.1111/jace.15911

  26. Bannykh D., Utkin A., Baklanova N. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. V. 84. Art. № 105023. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.105023

  27. Yan X., Jin X., Li P. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 16 707. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.05.151

  28. Nayebi B., Ahmadi Z., Shahedi Asl M. et al. // J. Alloys Compd. 2019. V. 805. P. 725. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.07.117

  29. Ghasali E., Shahedi Asl M. // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 15. P. 18078. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.07.011

  30. Purwar A., Thiruvenkatam V., Basu B. // J. Am. Ceram. Soc. 2017. V. 100. № 10. P. 4860. https://doi.org/10.1111/jace.15001

  31. Purwar A., Mukherjee R., Ravikumar K. et al. // J. Ceram. Soc. Jpn. 2016. V. 124. № 4. P. 393. https://doi.org/10.2109/jcersj2.15260

  32. Mohammadpour B., Ahmadi Z., Shokouhimehr M., Shahedi Asl M. // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 4262. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.11.098

  33. Hassan R., Omar S., Balani K. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. V. 84. Art. № 105041. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.105041

  34. Nisar A., Khan M.M., Balani K. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 5. P. 6198. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.12.097

  35. Shahedi Asl M., Farahbakhsh I., Nayebi B. // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 1_Part_B. P. 1950. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.09.165

  36. Cheng Y., Lyu Y., Zhou S. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 3. P. 4113. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.10.250

  37. Cheng Y., Yang L., Han W. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. № 4. P. 2041. https://doi.org/10.1111/jace.16068

  38. Zhang B., Cheng L., Lu Y., Zhang Q. // Carbon. 2018. V. 139. P. 1020. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.07.067

  39. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Sevastyanov V.G., Kuznetsov N.T. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 14. P. 1772. https://doi.org/10.1134/S003602361814005X

  40. Gui K., Hu P., Hong W. et al. // J. Alloys Compd. 2017. V. 706. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.02.227

  41. Balak Z., Azizieh M., Kafashan H. et al. // Mater. Chem. Phys. 2017. V. 196. P. 333. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.04.062

  42. Fang C., Hu P., Dong S. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. № 9. P. 2805. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.038

  43. Zhang J.-P., Qu J.-L., Fu Q.-G. // Corros. Sci. 2019. V. 151. P. 87. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.02.015

  44. Binner J., Porter M., Baker B. et al. // Int. Mater. Rev. 2019. 56 p. https://doi.org/10.1080/09506608.2019.1652006

  45. Mungiguerra S., Di Martino G.D., Cecere A. et al. // Corros. Sci. 2019. V. 149. P. 18. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.12.039

  46. Silvestroni L., Vinci A., Failla S. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. P. 2771. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.031

  47. Arai Y., Inoue R., Goto K., Kogo Y. // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 14481. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.05.065

  48. Sadegh Moghanlou F., Vajdi M., Motallebzadeh A. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 17742. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.05.344

  49. Xie W., Peng Z., Meng S. et al. // Compos. Pt A Appl. Sci. Manuf. 2017. V. 99. P. 157. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2017.03.034

  50. Silvestroni L., Sciti D., Zoli L. et al. // Renew. Energy. 2019. V. 133. P. 1267. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.08.036

  51. Sani E., Mercatelli L., Meucci M. et al. // Condensed Matter. arXiv.org. 2018. 14 p. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.01.068

  52. Musa C., Licheri R., Orru R. et al. // Solar Energy. 2018. V. 169. P. 111. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.04.036

  53. Sani E., Mercatelli L., Sans J.-L. et al. // Opt. Mater. 2013. V. 36. P. 163. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2013.08.020

  54. Sani E., Landi E., Sciti D., Medri V. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2016. V. 144. P. 608. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.09.068

  55. Lonne Q., Glandut N., Lefort P. // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. № 4. P. 955. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.10.027

  56. Mahmod D.S.A., Khan A.A., Munot M.A. et al. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2016. V. 146. P. 012002/1-012002/7. https://doi.org/10.1088/1757-899X/146/1/012002

  57. Du J., Zhang X., Hong C., Han W. // Ceram. Int. 2013. V. 39. № 2. P. 953. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.07.012

  58. Zhao B., Jiang Y., Yang B. et al. // Mater. Res. Bull. 2014. V. 51. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.11.053

  59. Qi Y., Chen G., Cheng Y. et al. // J. Ceram. Soc. Jpn. 2019. V. 127. № 7. P. 469. https://doi.org/10.2109/jcersj2.18207

  60. Jin X., Zhang X., Han J. et al. // Mater. Sci. Eng. A. 2013. V. 588. P. 175. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.09.046

  61. Jin X., Dong L., Xu H. et al. // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 7. P. 9051. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.02.164

  62. Jin X., Dong L., Li Q. et al. // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 11. P. 13 309. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.05.040

  63. Wu Z., Wang Z., Shi G., Sheng J. // Compos. Sci. Technol. 2011. V. 71. № 12. P. 1501. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.06.008

  64. Wang Z., Zhou P., Wu Z. // Corros. Sci. 2015. V. 98. P. 233. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2015.05.035

  65. Jin X., Chen L., Dong L. et al. // Adv. Appl. Ceram. 2019. in print. https://doi.org/10.1080/17436753.2019.1678854

  66. Mahmod D.S.A., Glandut N., Khan A.A., Labbe J.-C. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 357 (Part_B). P. 1982. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.09.164

  67. Feng X., Wang X., Liu Y. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. P. 5311. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.07.041

  68. Silvestroni L., Failla S., Neshpor I., Grigoriev O. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. P. 2467. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.01.025

  69. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Papynov E.K. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1134/S0036023618010187

  70. Grigoriev O.N., Panasyuk A.D., Podchernyaeva I.A. et al. // Powder Metall. Met. Ceram. 2018. V. 57. P. 71. https://doi.org/10.1007/s11106-018-9956-2

  71. Opeka M.M., Talmy I.G., Zaykoski J.A. // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 5887. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000041686.21788.77

  72. Monteverde F., Cecere A., Savino R. // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. P. 2325. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.01.018

  73. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 11. P. 1484. https://doi.org/10.1134/S0036023618110177

  74. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 13. https://doi.org/10.1134/S0036023619130084

  75. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 10. P. 1345. https://doi.org/10.1134/S0036023618100170

  76. Sevastyanov V.G., Simonenko E.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. № 12. P. 1361. https://doi.org/10.1134/S0036023614120250

  77. Xie W., Peng Z., Jin H. et al. // J. Wuhan Univ. Technol. Sci. Ed. 2018. V. 33. P. 375. https://doi.org/10.1007/s11595-018-1832-9

  78. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Sevastyanov V.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 12. P. 1483. https://doi.org/10.1134/S0036023616120172

  79. Wong-Ng W., Hubbard C.R. // Powder Diffr. 1987. V. 2. P. 242. https://doi.org/10.1017/S0885715600012884

  80. Kawamura T. // Mineral J. 1965. V. 4. P. 333. https://doi.org/10.2465/minerj1953.4.333

  81. Holleck H. // J. Nucl. Mater. 1967. V. 21. P. 14. https://doi.org/10.1016/0022-3115(67)90724-6

  82. Burdick C.L., Owen E.A. // J. Am. Chem. Soc. 1918. V. 40. P. 1749. https://doi.org/10.1021/ja02245a001

  83. Simonenko E.P., Gordeev A.N., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 10. P. 1203. https://doi.org/10.1134/S003602361610017X

  84. Marschall J., Pejakovic D., Fahrenholtz W.G. et al. // J. Thermophys. Heat Transf. 2012. V. 26. P. 559. https://doi.org/10.2514/1.T3798

Дополнительные материалы отсутствуют.