zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-6-46-51zldm-1684Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование образцов из реакционно-спеченного карбида кремния визуально-оптическим и радиографическим методами неразрушающего контроляStudy of reaction-bonded silicon carbide samples using visual-optical and radiographic methods of nondestructive controlЧайниковаА. С.ChainikovaA. S.

Анна Сергеевна Чайникова

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Anna S. Chainikova

 

СорокинО. Ю.SorokinO. Yu.

Олег Юрьевич Сорокин

 105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Oleg Yu. Sorokin

 17, ul. Radio, Moscow, 105005

lab13@viam.ruКузнецовБорис ЮрьевичKuznetsovB. Yu.

Борис Юрьевич Кузнецов

 105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Boris Yu. Kuznetsov

 17, ul. Radio, Moscow, 105005

ЖитнюкС. В.ZhitnyukS. V.

Сергей Викторович Житнюк

 105005, Москва, ул. Радио, д. 17

 

Sergey V. Zhitnyuk

17, ul. Radio, Moscow, 105005

 

СуворовП. В.SuvorovP. V.

Павел Владимирович Суворов

 105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Pavel V. Suvorov

 17, ul. Radio, Moscow, 105005

Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)Russian FederationВсероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)РоссияScientific Research Institute of Aviation MaterialsRussian Federation2022260620228864651Copyright © Чайникова А.С., Сорокин О.Ю., Кузнецов Б.Ю., Житнюк С.В., Суворов П.В., 20222022Чайникова А.С., Сорокин О.Ю., Кузнецов Б.Ю., Житнюк С.В., Суворов П.В.Chainikova A.S., Sorokin O.Y., Kuznetsov B.Y., Zhitnyuk S.V., Suvorov P.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1684

Изделия на основе карбида кремния, характеризующиеся высоким уровнем физико-механических, теплофизических и эксплуатационных свойств, широко применяют в различных отраслях промышленности. При использовании метода реакционного спекания для получения карбидокремниевых материалов предварительно отформованные пористые образцы, состоящие из порошков карбида кремния, углеродного наполнителя и кокса связующего, подвергаются процессу жидкофазного силицирования в вакуумной печи. В работе представлены результаты исследования образцов из реакционно-спеченного карбида кремния (РСКК) визуально-оптическим и радиографическим методами неразрушающего контроля. При силицировании углерод-карбидокремниевых материалов на их поверхности и в самом материале могут формироваться дефекты. Показано, что визуально-оптический метод прост и чрезвычайно информативен для их выявления. Он позволяет определять поверхностные дефекты в виде пор, трещин, сколов, раковин, а также косвенным образом указывать на возможное наличие внутренних дефектов в виде недопропитанных областей. Установлено, что силицированные образцы с бóльшим количеством кремниевых наплывов на поверхности имеют более высокую плотность, и на соответствующих рентгенографических изображениях наблюдается меньшее количество дефектов в виде недопропитанных областей. При рентгеновском контроле, который проводили за несколько экспозиций, различающихся углом поворота образца на 90°, вероятность обнаружения внутренних объемных и плоскостных дефектов составила 95 %. Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении на основе РСКК деталей триботехнического назначения, запорной арматуры и других износостойких изделий.

Products based on silicon carbide are widely used in different industrial applications due to a high level of their mechanical, thermal, and operational properties. When the reaction sintering procedure is used to obtain silicon carbide materials, the preformed porous samples consisting of silicon carbide powders, carbon filler, and coke binder are subjected to liquid-phase silicizing (silicon melt infiltration (MI) in a vacuum furnace. We present the results of studying samples of reaction-bonded silicon carbide (RBSC) using visual-optical and radiographic methods of non-destructive control. Silicizing of carbon-silicon carbide materials can result in formation of defects on their surface and in the bulk of the material. The visual-optical method is shown to be rather simple and extremely informative procedure which ensures the detection of surface defects in the form of pores, cracks, chips, shells, and can also provide indirect indications of possible presence of internal defects in the form of underimpregnated areas. The samples silicized with a larger number of silicon drops on their surface exhibit a higher density and a smaller number of underimpregnated areas which can be detected using radiographic control. X-ray control carried out for several exposures differing in the angle of sample rotation by 90° provided 95%-probability of detecting internal volumetric and planar defects. The results obtained can be used in the manufacture of RBSC-based parts of tribotechnical duty, shut-off valves and other wear-resistant products.

: реакционно-спеченный карбид кремниянеразрушающие методы контролясилицированиедефектыreaction-bonded silicon carbidemethods of nondestructive controlsilicizingdefectsReferencesАнтонова Е. С., Голубева Н. А., Келина И. Ю., Плясункова Л. А., Стахровская Т. Е., Нечепуренко А. С. Влияние фракционного состава исходных порошковых смесей и их дисперсности на физико-механические свойства реакционно-связанного карбида кремния / Новые огнеупоры. 2014. № 10. С. 37 – 41.Antonova E. S., Golubeva N. A., Kelina I. Yu., Plyasunkova L. A., Stakhrovskaya T. E., Nechepurenko A. S. Influence of grain size of raw powder mixtures on the physical and mechanical properties of reaction-bonded silicon carbide / Nov. Ogneupory. 2014. N 10. P. 37 – 41 [in Russian].Сорокин О. Ю., Бубненков И. А., Кошелев Ю. И., Орехов Т. В. Разработка мелкозернистого силицированного графита с улучшенными свойствами / Химия и химическая технология. 2012. Т. 55. № 6. С. 12 – 16.Sorokin O. Y., Bubnenkov I. A., Koshelev Y. I., Orekhov T. V. Development of fine grained siliconized graphite with improved properties / Khimiya Khim. Tekhnol. 2012. Vol. 55. N 6. P. 12 – 16 [in Russian].Овсиенко А. И., Румянцев В. И., Беспалов И. А., Сильников Н. М. Перспективы применения реакционно-спеченного карбида бора в качестве броневой керамики / Вопросы оборонной техники. 2015. № 7 – 8(85 – 86). С. 95 – 101.Ovsienko A. I., Rumyantsev V. I., Bespalov I. A., Silnikov N. M. Prospectives of reaction-bonded boron carbide applications for ceramic armors / Vopr. Oboron. Tekhn. 2015. N 7 – 8(85 – 86). P. 95 – 101 [in Russian].Гордеев С. К., Ежов А. Ю., Каримбаев Т. Д., Корчагина С. Б., Мезенцев М. А. Дисперсно-упрочненные композиции алмаз-карбид кремния — новые материалы для машиностроения / Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7. № 10. С. 61 – 71.Gordeev S. K., Ezhov A. Yu., Karimbaev T. D., Korchagina S. B., Mezentsev M. A. Powder reinforced diamond-SiC composites — novel materials for mechanical engineering / Kompoz. Nanostrukt. 2015. Vol. 7. N 10. P. 61 – 71 [in Russian].Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Светлов И. Л. Высокоэффективное охлаждение лопаток горячего тракта ГТД / Авиационные материалы и технологии. 2017. № 2. С. 3 – 14. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-3-14Kablov E. N., Osoennikova O. G., Svetlov I. L. High-efficiency cooling of thermal loaded gas turbine airfoils / Aviats. Mater. Tekhnol. 2017. N 2. P. 3 – 14 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-3-14Каблов Е. Н., Бондаренко Ю. А., Ечин А. Б. Развитие технологии направленной кристаллизации литейных высокожаропрочных сплавов с переменным управляемым температурным градиентом / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 24 – 38. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-24-38Kablov E. N., Bondarenko Yu. A., Echin A. B. Development of directional solidification of cast superalloys with variably controlled temperature gradient / Aviats. Mater. Tekhnol. 2017. N S. P. 24 – 38 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-24-38Оспенникова О. Г., Подъячев В. Н., Столянков Ю. В. Тугоплавкие сплавы для новой техники / Труды ВИАМ. 2016. № 10(46). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-10-5-5Ospennikova O. G., Podyachev V. N., Stolyankov Yu. V. Refractory alloys for advanced engineering / Tr. VIAM. 2016. N 10(46) [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-10-5-5Allen A., Levin I., Witt S. Materials research and measurement needs for ceramic additive manufacturing / J. Am. Ceram. Soc. 2020. P. 6055 – 6069. DOI: 10.1111/jace.17369Allen A., Levin I., Witt S. Materials research and measurement needs for ceramic additive manufacturing / J. Am. Ceram. Soc. 2020. P. 6055 – 6069. DOI: 10.1111/jace.17369Каблов Е. Н., Ечин А. Б., Бондаренко Ю. А. История развития технологии направленной кристаллизации и оборудования для литья лопаток газотурбинных двигателей / Труды ВИАМ. 2020. № 3(87). DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-3-12Kablov E. N., Echin A. B., Bondarenko Yu. A. History of directional solidification technology and equipment for airfoil casting / Tr. VIAM. 2020. N 3(87) [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-3-12Румянцев В. И., Бойков С. Ю., Осмаков А. С., Фищев В. Н. Квалиметрия микроструктуры реакционно-спеченного карбида кремния / Огнеупоры и техническая керамика. 2007. № 12. С. 29 – 34.Rumyantsev V. I., Boikov S. Yu., Osmakov A. S., Fishchev V. N. Qualimetry of reaction-bonded silicon carbide / Ogneupory Tekhn. Keram. 2007. N 12. P. 29 – 34 [in Russian].Wahl G. Carbon materials — new developments for the use in high duty axial face seals / 15th International Sealing Conference. — University of Stuttgart, Germany, 2008. P. 24.Wahl G. Carbon materials — new developments for the use in high duty axial face seals / 15th International Sealing Conference. — University of Stuttgart, Germany, 2008. P. 24.Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы. — М.: Металлургия, 1977. — 216 с.Gnesin G. G. Silicon carbide materials. — Moscow: Metallurgiya, 1977. — 216 p. [in Russian].Кошелев Ю. И., Костиков В. И., Татиевская Е. М., Телегин В. Д., Нагорный В. Г. Влияние примесей на качество силицированных графитов типа СГ-П / Адгезия расплавов и пайка материалов. 1991. Вып. 25. С. 90 – 94.Koshelev Y. I., Kostikov V. I., Tatievskaya E. M., Telegin V. D., Nagorny V. G. Influence of impurities on SG-P siliconized graphite / Adgeziya Raspl. Paika Mater. 1991. Vol. 25. P. 90 – 94 [in Russian].Гаршин А. П., Кулик В. И., Нилов А. С. Анализ возникновения, характеристика и способы минимизации технологических дефектов в керамических композитах с SiC-матрицей, получаемых методом жидкофазного силицирования / Новые огнеупоры. 2019. № 8. С. 23 – 33.Garshin A. P., Kulik V. I., Nilov A. S. Analysis of emergence, characterization and methods of imaging technological defects in ceramic composites with SiC-matrix obtained by liquid-phase silicification / Nov. Ogneupory. 2019. N 8. P. 23 – 33 [in Russian].Мирошин К. Г., Косарина Е. И., Саввина Н. А., Степанов А. В. Рентгеноскопический контроль керамических стержней и восковых моделей лопаток ГТД / Авиационные материалы и технологии. 2006. № 1. С. 32 – 39.Miroshin K. G., Kosarina E. I., Savvina N. A., Stepanov A. V. X-ray of ceramic rods and wax model of gas turbine blades / Aviats. Mater. Tekhnol. 2006. N 1. P. 32 – 39 [in Russian].Хлыбов А. А., Иляхинский И. А. Неразрушающий контроль изделий из карбидокремниевых материалов / Дефектоскопия. 2019. № 1. С. 39 – 43.Khlybov A. A., Ilyakhinsky I. A. Nondestructive control of SiC materials / Defektoskopiya. 2019. N 1. P. 39 – 43 [in Russian].Sangsuwan P., Orejas J., Gatica J., et al. Reaction-bonded silicon carbide by reactive infiltration / Industr. Eng. Chem. Res. 2001. Vol. 40. P. 5191 – 5198.Sangsuwan P., Orejas J., Gatica J., et al. Reaction-bonded silicon carbide by reactive infiltration / Industr. Eng. Chem. Res. 2001. Vol. 40. P. 5191 – 5198.Ершов А. Е., Шикунов С. Л., Курлов В. Н. Метод расчета фазового состава SiC – Si – C материалов, получаемых силицированием углеродных матриц / Журнал технической физики. 2017. Т. 87. Вып. 6. С. 888 – 895.Ershov A. E., Shikunov S. L., Kurlov V. N. Calculation phase method SiC – Si – C materials, obtained by siliconization of carbon materials / Zh. Tekhn. Fiz. 2017. Vol. 87. Issue 6. P. 888 – 895 [in Russian].Станкус С. В., Хайрулин Р. А., Тягельский П. В. Термические свойства германия и кремния в конденсированном состоянии / Теплофизика высоких температур. 1999. Т. 37. № 4. С. 559 – 564.Stankus S. V., Khairulin R. A., Tyagelsky P. V. Thermal properties of germanium and silicon in condensed state / Teplofiz. Vysok. Temperatur. 1999. Vol. 37. N 4. P. 559 – 564 [in Russian].Тарабанов А. С., Костиков В. И. Силицированный графит. — М.: Металлургия, 1977. — 208 с.Tarabanov A. S., Kostikov V. I. Siliconized graphite. — Moscow: Metallurgiya, 1977. — 208 p. [in Russian].Косарина Е. И., Крупнина О. А., Степанов А. В. Радиационные методы неразрушающего контроля. Курс лекций. — М.: Свен, 2019. — 385 с.Kosarina E. I., Krupnina O. A., Stepanov A. V. X-ray methods of non-control. — Moscow: Sven, 2019. — 385 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.