Щільноспічена карбідокремнієва кераміка на склокристалічній зв’язці кордієритового складу
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпро
Abstract
UKR: Висока щільність карбідокремнієвої кераміки є обов’язковою умовою для отримання матеріалів з високою міцністю. Перспективною технологією виготовлення таких матеріалів при порівняно невисоких температурах є використання склокристалічних зв'язок. В статті наведені результати досліджень керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію з використанням як склозв'язки скла в псевдопотрійній системі MgO-Al2O3-SiO2. Склад скла відповідає потрійній евтектиці з температурою 1365 оС, яка знаходиться на стику полів первинної кристалізації, де однією з фаз є кордієрит. Визначено, що для одержання щільноспеченої кераміки необхідно проводити механоактивацію компонентів сировинної суміші. При цьому найбільш раціональне співвідношення між SiC наповнювачем і склозв’язкою, що забезпечує максимальний показник механічної міцності на стискскання (до 700 МПа), становить 60:40. Встановлено, що кристалізація склозв’язки має визначальне значення для визначення температури формування щільних карбідокремнієвих матеріалів. Ущільнення відбувається за рахунок руху під впливом теплових коливань дисперсних часток карбіду кремнію в розм'якшеному склорозплаві. Подальший процес дрібнодисперсної кристалізації склозв’язки при охолодженні під час випалу забезпечує зміцнення структури синтезованих матеріалів. Запропонований комплексний підхід до інтенсифікації процесу спікання є перспективним для одержання міцної карбідкремнієвої кераміки з низькими температурами синтезу (до 1600 оС). Достатньо високи показники міцності дослідної кераміки забезпечать її конкурентоспроможність щодо традиційних матеріалів, в тому числі тих, що застосовуються як зносо- та ударостійкі.
ENG: The high density of silicon carbide ceramics is a prerequisite for obtaining materials with high strength. A promising technology for preparation of such materials at relatively low temperatures is the use of glass crystal bonds. The paper presents the results of studies on ceramic materials based on silicon carbide using glass in the pseudoternary system MgO–Al2O3–SiO2 as a glass binder. The composition of the glass corresponds to a ternary eutectic with a temperature of 13650C, which is located at the boundary of the primary crystallization fields, where one of the phases is cordierite. It has been determined that it is necessary to mechanically activate the components of the raw material mixture to obtain densely sintered ceramics. In this case, the most rational ratio between SiC filler and glass binder, which provides the maximum mechanical compressive strength (up to 700 MPa), is 60:40. It has been established that the crystallization of the glass binder plays a decisive role in determining the formation temperature of dense silicon carbide materials. The compaction occurs due to the movement of dispersed silicon carbide particles in the softened glass melt under the influence of thermal vibrations. The subsequent process of fine-dispersed crystallization of the glass binder during cooling during firing provides strengthening of the structure of the synthesized materials. The proposed integrated approach to the intensification of the sintering process is promising for obtaining durable silicon carbide ceramics with low synthesis temperatures (up to 16000C). A sufficiently high strength of the experimental ceramics will ensure its competitiveness with respect to traditional materials, including those used as wear and impact resistant.
ENG: The high density of silicon carbide ceramics is a prerequisite for obtaining materials with high strength. A promising technology for preparation of such materials at relatively low temperatures is the use of glass crystal bonds. The paper presents the results of studies on ceramic materials based on silicon carbide using glass in the pseudoternary system MgO–Al2O3–SiO2 as a glass binder. The composition of the glass corresponds to a ternary eutectic with a temperature of 13650C, which is located at the boundary of the primary crystallization fields, where one of the phases is cordierite. It has been determined that it is necessary to mechanically activate the components of the raw material mixture to obtain densely sintered ceramics. In this case, the most rational ratio between SiC filler and glass binder, which provides the maximum mechanical compressive strength (up to 700 MPa), is 60:40. It has been established that the crystallization of the glass binder plays a decisive role in determining the formation temperature of dense silicon carbide materials. The compaction occurs due to the movement of dispersed silicon carbide particles in the softened glass melt under the influence of thermal vibrations. The subsequent process of fine-dispersed crystallization of the glass binder during cooling during firing provides strengthening of the structure of the synthesized materials. The proposed integrated approach to the intensification of the sintering process is promising for obtaining durable silicon carbide ceramics with low synthesis temperatures (up to 16000C). A sufficiently high strength of the experimental ceramics will ensure its competitiveness with respect to traditional materials, including those used as wear and impact resistant.
Description
О. Зайчук: ORCID 0000-0001-5209-7498; К. Сухий: ORCID 0000-0002-4585-8268
Keywords
карбідокремнієва кераміка, карбід кремнію, кордієрит, склоподібна фаза, спікання, кристалізація, мікроструктура, silicon carbide ceramics, silicon carbide, cordierite, glassy phase, sintering, crystallization, microstructure
Citation
Положай С. Г., Зайчук О. В., Сухий К. М., Положай А. Г. Щільноспічена карбідокремнієва кераміка на склокристалічній зв’язці кордієритового складу. Питання хімії та хімічної технології. 2023. № 5. С. 98–105. DOI: http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2023-150-5-98-105.