Features of Production and High-Temperature Oxidation of SHS Ceramics Based on Zirconium Boride and Zirconium Silicide

Abstract

Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН), г. Черноголовка Статья поступила в редакцию 04.07.16 г., доработана 30.09.16 г., подписана в печать 03.10.16 г. Работа посвящена исследованию кинетики и механизма горения реакционных смесей в системах Zr-Si-B и Zr-B, получению по технологии силового СВС-компактирования компактных керамических материалов, а также изучению их жаростойкости. Показано, что для составов в системе Zr-Si-B зависимости температуры и скорости горения от начальной температуры (T 0) имеют линейный характер, т.е. с ростом T 0 стадийность химических реакций образования диборида и дисилицида циркония не меняется. Рассчитаны значения эффективной энергии активации СВС-процесса, свидетельствующие о ведущей роли реакционного взаимодействия циркония с бором и кремнием в расплаве. Изучена стадийность химических превращений в волне горения смеси Zr-Si-B: первоначально путем кристаллизации из расплава образуется фаза ZrB 2 , затем с запаздыванием в 0,5 с появляется фаза ZrSi 2 ; спустя 1 с кристаллизуется непрореагировавший Si. Изучен фазовый состав продуктов синтеза, в которых основным компонентом является диборид ZrB 2 , а также, в зависимости от состава исходной реакционной шихты, содержатся дисилицид циркония ZrSi 2 , Si и борид ZrB 12. По технологии силового СВС-компактирования получены компактные образцы, характеризующиеся высокой твердостью и низкой остаточной пористостью. В результате высокотемпературного окисления СВС-образцов в зависимости от состава на их поверхности формируются оксидные пленки SiO 2-ZrO 2-B 2 O 3 , а также сложный оксид ZrSiO 4 , служащие эффективным диффузионным барьером и снижающие скорость окисления. Ключевые слова: керамика, композиционные материалы, диборид циркония, дисилицид циркония, окисление, жаростойкость. Яцюк И.В.-аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) НИТУ «МИСиС», инженер научно-учебного центра (НУЦ) СВС МИСиС-ИСМАН (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).