Journals →  Цветные металлы →  2018 →  #9 →  Back

Композиционные материалы и многофункциональные покрытия
ArticleName Получение высокотемпературной керамики MoSi2 – MoB – HfB2 сочетанием методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и горячего прессования
DOI 10.17580/tsm.2018.09.09
ArticleAuthor Воротыло С., Погожев Ю. С., Потанин А. Ю.
ArticleAuthorData

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия

С. Воротыло, аспирант кафедры «Порошковая металлургия и функциональные покрытия», эл. почта: s.vorotilo@misis.ru
Ю. С. Погожев, старший научный сотрудник НУЦ СВС, эл. почта: yspogozhev@mail.ru
А. Ю. Потанин, научный сотрудник НУЦ СВС, эл. почта: a.potanin@inbox.ru

Abstract

В работе изучены макрокинетические особенности процесса горения смеси Mo – Hf – Si – B, механизмы структуро- и фазообразования в волне горения, а также структура и свойства продуктов горения. Показано, что при нагреве смеси выше 150 oC происходит ее саморазогрев. При Т0 = 25 oC температура горения Тг = 2050 oC, а скорость горения Uг = 22 мм/с. Однако с ростом Т0 до 230 oC в результате частичного окисления компонентов (молибдена и бора), приводящего к саморазогреву, после зажигания температура горения смеси составляет 1770 oC, а скорость горения — 14,5 мм/с. При дальнейшем увеличении Т0 происходит линейный рост Тг и Uг. Методом динамического рентгенофазового анализа изучена стадийность структурно-фазовых превращений в волне горения смеси Mo – Hf – Si – B. Первоначально в зоне прогрева происходит образование борида гафния HfB2 по механизму твердофазного взаимодействия с участием газотранспортной реакции. В зоне горения происходит плавление кремния, растекание его по поверхности частиц Mo, Hf и B с растворением бора. Затем по механизму реакционной диффузии кремния в молибден на границе раздела молибдена с расплавом формируются зерна MoSi2, а в результате диффузии молибдена и гафния в расплав — зерна борида молибдена и гафния. В зоне вторичного структурообразования формируется равновесная структура в виде зерен MoSi2 размером до 15 мкм, окруженных прослойками MoB размером до 2–4 мкм и игольчатых зерен HfB2 размером 0,5–1 мкм. Методом горячего прессования СВС-порошка получен иерархически организованный керамический материал состава MoSi2 – MoB – HfB2 с повышенной твердостью HV10 до 17,6 ГПа и пористостью менее 1 %.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», соглашение о предоставлении субсидии № 14.578.21.0227 (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57817X0227).

keywords Керамика, кинетика горения, диборид гафния, дисилицид молибдена, борид молибдена, композиционные порошки, твердость
References

1. Cotton J. Ultra-High-Temperature Ceramics // Adv. Mater. Processes. 2010. Vol. 168. P. 26–28.
2. Taleghani P. R., Bakhshi S. R., Erfanmanesh M., Borhani G. H., Vafaei R. Improvement of MoSi2 oxidation resistance via boron addition: Fabrication of MoB/MoSi2 composite by mechanical alloying and subsequent reactive sintering // Powder Technology. 2014. Vol. 254. P. 241–247.
3. Aikin R. M. Jr. Strengthening of discontinuously reinforced MoSi2 composites at high temperatures // Materials Science and Engineering: A. 1992. Vol. 155, Iss. 1–2. P. 121–133.
4. Sciti D., Silvestroni L., Mercatelli L., Sans J.-L., Sani E. Suitability of ultra-refractory diboride ceramics as absorbers for solar energy applications // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2013. Vol. 109. P. 8–16.
5. Cook J., Khan A., Lee E., Mahapatra R. Oxidation of MoSi2-based composites // Materials Science and Engineering: A. 1992. Vol. 155, Iss. 1–2. P. 183–198.
6. Sciti D., Silvestroni L., Nygren M. Spark plasma sintering of Zr- and Hf-borides with decreasing amounts of MoSi2 as sintering aid // Journal of the European Ceramic Society. 2008. Vol. 28, Iss. 6. P. 1287–1296.
7. Potanin A. Yu., Pogozhev Yu. S., Levashov E. A., Novikov A. V., Shvindina N. V., Sviridova T. A. Kinetics and oxidation mechanism of MoSi2–MoB ceramics in the 600–1200 oC temperature range // Ceramics International. 2017. Vol. 43, Iss. 13. P. 10478–10486.
8. Li Z. K., Yu J. L., Zheng X., Zhang J. J., Liu H., Bai R., Wang H., Wang D. H., Wang W. S. Superplasticity of a multiphase fine-grained Mo – Si – B alloy // Powder Technology. 2011. Vol. 214, Iss. 1. P. 54–56.
9. Fahrenholtz W. G., Hilmas G. E., Talmy I. G., Zaykoski J. A. Refractory diborides of zirconium and hafnium // J. Am. Ceram. Soc. 2007. Vol. 90, Iss. 5. P. 1347–1364.
10. Low I. M., Sakka Y., Hu C. F. MAX phases and ultra-high temperature ceramics for extreme environments. — Hershey, Pennsylvania : IGI Global, 2013. — 649 p.
11. Concise Encyclopedia of Combustion Synthesis: History, Theory, Technology, and Products / eds. I. Borovinskaya, A. Gromov, E. Levashov, Yu. Maksimov, A. Mukasyan, A. Rogachev. — Amsterdam : Elsevier, 2017. — 466 p.
12. Левашов Е. А., Погожев Ю. С., Потанин А. Ю., Кочетов Н. А., Ковалев Д. Ю., Швындина Н. В ., Свиридова Т. А., Тимофеев А. Н. Особенности горения в системе Mo – Si – B. Часть 1. Механизм и кинетика // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 4. C. 19–31.
13. Пономарев В. И., Хоменко И. О., Мержанов А. Г. Лабораторный метод динамической рентгенографии // Кристаллография. 1995. Т. 40, № 1. C. 14–17.
14. Курбаткина В. В., Левашов Е. А., Пацера Е. И., Кочетов Н. А., Рогачев А. С. Исследование макрокинетических характеристик процессов горения предварительно механически активированных реакционных смесей Cr – B и Ti – Cr – B // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. Т. 17, № 6. C. 611–619.
15. Kurbatkina V. V., Patsera E. I., Levashov E. A., Timofeev A. N. Self-propagating high-temperature synthesis of refractory boride ceramics (Zr,Ta)B2 with superior properties // Journal of the European Ceramic Society. 2018. Vol. 38, Iss. 4. P. 1118–1127.
16. Еремина Е. Н., Курбаткина В. В., Левашов Е. А., Рогачев А. С., Кочетов Н. А. Получение композиционного материала МоВ методом силового СВC-компактирования с применением предварительного механического активирования исходной смеси Мо – 10 % В // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13, № 2. С. 197–204.
17. Некрашевич С. С., Гриценко В. А. Электронная структура оксида кремния // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, № 2. С. 209–223.
18. Sciti D., Balbo A., Bellosi A. Oxidation behaviour of a pressureless sintered HfB2 – MoSi2 composite // Journal of the European Ceramic Society. 2009. Vol. 29. P. 1809–1815.
19. Zhu G., Wang X., Feng P., Liu Z., Niu J., Akhtar F. Synthesis and Properties of MoSi2 – MoB – SiC Ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 2016. Vol. 99, Iss. 4. P. 1147–1150.
20. Jiang Z., Zhu G., Feng P., Akhtar F. In situ fabrication and properties of 0.4MoB – 0.1SiC – xMoSi2 composites by selfpropagating synthesis and hot-press sintering // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P. 51–56.
21. Астапов А. Н., Терентьева В. С. Обзор отечественных разработок в области защиты углеродсодержащих материалов от газовой коррозии и эрозии в скоростных потоках плазмы // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 4. С. 50–70.
22. Терентьева В. С., Астапов А. Н. Концептуальная модель защиты особожаропрочных материалов в гиперзвуковых потоках окислительного газа // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 3. С. 51–64.
23. Kiryukhantsev-Korneev Ph. V., Iatsyuk I. V., Shvindina N. V., Levashov E. A., Shtansky D. V. Comparative investigation of structure, mechanical properties, and oxidation resistance of Mo – Si – B and Mo – Al – Si – B coatings // Corrosion Science. 2017. Vol. 123. P. 319–327.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back