Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование влияния примесного состава кремния на дефектность образцов из реакционно-спеченного карбида кремния

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-42-48

Полный текст:

Аннотация

Сложнопрофильные крупногабаритные карбидокремниевые изделия получают методом жидкофазного силицирования, однако наличие в составе свободного кремния ограничивает область их применения. Снизить содержание кремния можно за счет формирования мелкозернистой пористой структуры материала, регулирования скорости роста карбидного слоя на стенках пор при жидкофазном силицировании. В работе представлены результаты исследования влияния примесного состава кремния марки КР00 на появление дефектов в структуре мелкозернистого реакционно-спеченного карбида кремния (РСКК). Показано, что наибольшее влияние оказывает такая примесь в техническом кремнии, как железо. При его содержании менее 0,94 % масс. удается получить бездефектные образцы из РСКК с плотностью не ниже 3,00 ± 0,05 г/см3. При содержании Fe 1,49 % масс. в силицированных образцах наблюдаются дефекты в виде недопропитанных областей, которые, вероятно, обусловлены повышенной растворимостью углерода в кремниевом расплаве при пропитке техническим кремнием с повышенным содержанием железа и, как следствие, более интенсивным ростом карбидокремниевого слоя на стенках пор с их последующим перекрытием. По мере продвижения расплава вглубь карбонизованного пористого образца происходит его обеднение по кремнию c увеличением содержания примесей, прежде всего Fe и Al, и образованием SiC, Fe3C, FeSi. Теоретический расчет показал, что относительные изменения объема для реакций образования SiC и Fe3C при взаимодействии 1 моля углерода с кремнием и железом составляют 134 и 339 %. Кроме того, при значительном содержании в расплаве железа значимую роль в перекрытии капилляров может играть объемное изменение, связанное с образованием Fe3C. Полученные результаты могут быть использованы при производстве на основе РСКК деталей триботехнического назначения, запорной арматуры и др.

Об авторах

О. Ю. Сорокин
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Олег Юрьевич Сорокин

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



А. С. Чайникова
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Анна Сергеевна Чайникова

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Б. Ю. Кузнецов
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Борис Юрьевич Кузнецов

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



С. В. Житнюк
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Сергей Викторович Житнюк

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Ф. Н. Карачевцев
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Федор Николаевич Карачевцев

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Список литературы

1. 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.

2. 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.

3. Антонова 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.

4. 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.

5. 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: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-3-14

6. Каблов 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-24-38

7. Оспенникова О. Г., Подъячев В. Н., Столянков Ю. В. Тугоплавкие сплавы для новой техники / Труды ВИАМ. 2016. № 10(46). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-10-5-5

8. Allen A., Levin I., Witt S. Materials research and measurement needs for ceramic additive manufacturing / Journal of the American Ceramic Society. 2020. P. 6055 – 6069. DOI: 10.1111/jace.17369

9. Каблов 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: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-3-12

10. Румянцев 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.

11. 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.

12. Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы. — М.: Металлургия, 1977. — 216 с.

13. 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.

14. Фролов В. В. Химия: учеб. пособие для машиностроительных специальностей вузов. — М.: Высшая школа, 1986. — 543 с.

15. 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.

16. Hoseinpur A., Safarian J. Mechanisms of graphite crucible degradation in contact with Si – Al melts at high temperatures and vacuum conditions / Vacuum. 2020. Vol. 21. P. 1 – 12.


Рецензия

Для цитирования:


Сорокин О.Ю., Чайникова А.С., Кузнецов Б.Ю., Житнюк С.В., Карачевцев Ф.Н. Исследование влияния примесного состава кремния на дефектность образцов из реакционно-спеченного карбида кремния. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022;88(1(I)):42-48. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-42-48

For citation:


Sorokin O.Yu., Chainikova A.S., Kuznetsov B.Yu., Zhitnyuk S.V., Karachevtsev F.N. Study of the effect of the impurity composition of silicon on the defectiveness of reaction-bonded silicon carbide samples. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2022;88(1(I)):42-48. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-42-48

Просмотров: 189


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)