Kinetics and high-temperature oxidation mechanism of ceramic materials in ZrB2–SiC–MoSi2 system

Abstract

Работа посвящена получению по гибридной технологии (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) + + горячее прессование) компактной керамики ZrB 2-SiC-(MoSi 2), а также изучению ее фазового состава, структуры и кинетики высокотемпературного окисления. Реакционные смеси готовили по следующей схеме: механическое активирование (МА) порошков Si + C; мокрое смешение порошков Zr, B и МА-смеси Si + C; сушка смесей в сушильном шкафу. В реакторе в режиме горения путем элементного синтеза получен композиционный СВС-порошок ZrB 2-SiC. Методом горячего прессования СВС-порошка получены компактные образцы, характеризующиеся однородной структурой и низкой остаточной пористостью, не превышающей 1,3 %. Для испытаний были выбраны два состава: первый, рассчитанный на образование ZrB 2 + 25 % SiC; второй аналогичен первому, но с добавкой 5 % готового порошка MoSi 2. Микроструктура образцов представлена дисперсными темно-серыми округлыми зернами SiC, распределенными среди светлых ограненных зерен ZrB 2. Образец с добавкой MoSi 2 имеет более мелкодисперсную структуру. В результате высокотемпературного окисления образцов при температуре 1200 °C на их поверхности формируются комплексные оксидные пленки SiO 2-ZrO 2-(B 2 O 3) толщиной порядка 20-30 мкм, служащие эффективным диффузионным барьером и снижающие скорость окисления. В их структуре после длительных выдержек (более 10 ч) также присутствует сложный оксид ZrSiO 4. Кроме того, после 10 ч испытаний наблюдается незначительная убыль массы образцов, что обусловлено улетучиванием газообразных продуктов окисления (B 2 O 2 , CO/CO 2 , MoO 3). Образец с добавкой MoSi 2 продемонстрировал лучшую стойкость к окислению. Ключевые слова: диборид циркония, карбид кремния, горячее прессование, кинетика, окисление, структура. Яцюк И.В.-аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), инженер НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).