уктура вихідних порошків карбіду кремнію
Було поставлено завдання - дослідити вплив тиску N і температури процесу на siс - Si 3 N 4 перетворення.
В якості об'єктів дослідження були обрані порошки карбіду кремнію, отримані методом високотемпературного синтезу в Інституті структурної макрокінетики Російської АН (порошок А), методом Ачесона на Запорізькому абразивному комбінаті (Б) і синтезом з елементів на німецькій фірмі «Штарк» (В). Хімічний склад і деякі властивості цих порошків вказані в таблиці 2.
Відпал проводили під тиском азоту 0,03; 5 і 10 МПа при температурі від 1400 до 1800 ° С у високотемпературному газостате [13]. Досліджували дві партії порошків: вільно засипаний і спресований в металевій прес-формі до щільності 1,75 м/см 3.
Після відпалу під тиском азоту вільний вуглець випалювали на повітрі при температурі 650 ° С протягом 4,5 ч. Ступінь перетворення siс? Si 3 N 4 визначали за приростом маси при відпалі під тиском азоту, втраті маси після вигоряння вуглецю на повітрі і змісту азоту та вуглецю в продукті. Теоретичний приріст маси при термообробці під тиском азоту відповідно реакції:
siс + 2N2? Si 3 N 4 + 3С
склав 31,78%. При випалюванні вуглецю теоретична втрата маси дорівнює 20,44%.
Рентгенофазового аналіз проводили на установці ДРОН - 3 у фільтрованому СuK? - випромінюванні з довжиною хвилі 0,154 нм. Співвідношення? - І? - Модифікацій Si 3 N 4 визначали за методикою [3]. Морфологію частинок порошків досліджували на растровому електронному мікроскопі «Камскан». Зміст основних елементів визначали з точністю ± 3% методами газової хроматографії (С, О, N), фотометричним (Si св, Fe) і виділення кремнієвої кислоти (Si об).
Таблиця 2 - Властивості вихідних порошків
ПорошокФазовий составУдельная поверхню, м 2/гОсновние елементи,% СSI про Si св ОNFeА? -Si З Si 2 ON 2? - Si 3 N 4 (сліди) 4,225,470,410,41,22,10,8Б ? - SiС4,827,471,77,60,5-0,5В? -Si С15,928,170,24,20,4-0,5
Вихідні порошки розрізнялися фазовим складом, питомою поверхнею і вмістом домішок. Найбільша кількість кисню і заліза містить порошок А; крім того, в ньому виявлено невелику кількість (до 5%)? - Si 3 N 4, що обумовлено умовами синтезу.
Морфологія вихідних порошків представлена ??на малюнку 3. Порошок А складається з ізометричних часток (малюнок 3, а) з широким розподілом за розмірами і питомою поверхнею 4,2 м2/г. Середній розмір його частинок 9,5 мкм (таблиця 2) .Частіци порошку У більш крейда (dср=0,5 мкм) і однорідні за розміром (малюнок 3, в). Порошок Б відрізняється за структурою від порошків А, В і являє собою «осколкові» частинки із середнім розміром 1,9 мкм (малюнок 3, б).
При відпалі під тиском азоту 0,03 МПа перетворення siс? Si 3 N 4 у всьому досліджуваному температурному діапазоні не виявлено. Відзначена лише втрата маси порошку і спресованих зразків при температурах вище 1600 ° С.
При тиску азоту 5 МПа і температурі вище 1500 ° С ступінь перетворення (втрата маси після відпалу вуглецю) порошку А починає інтенсивно зростати, досягаючи +1700 ° С значення 77% (рисунок 5).
Підвищенням температури до 1800 ° С призводить до зменшення ступеня перетворення до 64%. Ступінь перетворення спресованих зразків А при температурі до 1600 ° С не перевищує 10%, тобто істотно нижче, ніж у порошкових; однак при 1700 ° С вона вже становить 51%.
Найбільш інтенсивно процес перетворення порошку А відбувається під тиском азоту 10 МПа, характеризуючись значним збільшенням маси порошкових ( gt; 1450 ° С) і спресованих ( gt; 1500 ° С) зразків (малюнок 4). Однак ступінь перетворення порошкових зразків при зазначених температурах вище, ніж у спресованих. При температурах, що перевищують 1600 ° С, ступінь перетворення порошків А, Б, В в діапазоні температур 1650-1750 ° С практично однакова і досягає максимальних значень (95 - 98%) (малюнок 5). Достовірність наявних даних по ступеня перетворення підтверджується хорошим збігом результатів, отриманих при дослідженні зміни маси після відпалу під тиском азоту (малюнок 4), після випалювання вуглецю (малюнок 5), і даних хімічного аналізу елементного складу (таблиця 3).
Збільшення часу відпалу порошків зразків Б до 60 хв. При 1720 ° С при тиску азоту 10 МПа приводить практично до повної перетворенню siс? Si 3 N 4.
Згідно з результатами рентгенофазового аналізу при відпалі порошків зразків А під тиском азоту 10 МПа при температурі до 1450 ° С на рентгенограмах спостерігаються області розпаду? -Si С, оксинитрида кремнію і сліди? - Si 3 N 4. Підвищення температури до 1500 ° С призводить до зникнення зон предвиделенія, частково...
