Нанесение титансодержащей добавки на композитные волокна C/SiC с применением золь–гель-технологии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложена методика нанесения титансодержащей спекающей добавки на композитные волокна C/SiC со структурой сердцевина/оболочка путем пропитки гелеобразующими растворами Ti(OC4H9)4 в присутствии ацетилацетона C5H8O2. Изучено влияние веденной титансодержащей добавки на динамику уплотнения и спекание композитных волокон C/SiC в ходе горячего прессования. Показано, что пропитка титансодержащим гелеобразующим раствором способствует уплотнению композитных волокон C/SiC. При этом отмечается четкая тенденция к возрастанию плотности и прочности горячепрессованных образцов с увеличением концентрации титана в гелеобразующем растворе.

Об авторах

Е. И. Истомина

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

П. В. Истомин

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

А. В. Надуткин

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

В. Э. Грасс

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

О. Г. Баева

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

И. М. Беляев

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

А. О. Морохина

Институт химии ФИЦ Коми научный центр УрО Российской академии наук

Email: istomina-ei@yandex.ru
ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982 Россия

Р. И. Королев

Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина

Автор, ответственный за переписку.
Email: istomina-ei@yandex.ru
Октябрьский пр., 55, Сыктывкар, 167001 Россия

Список литературы

  1. Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы. М.: Металлургия, 1977. 216 с.
  2. Орданьян С.С., Арцутанов Н.Ю., Чупов В.Д. Активированное спекание керамики на основе SiC и ее механические свойства // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 11. С. 8–11.
  3. Ruys A.J. Silicon carbide ceramics: structure, properties and manufacturing. N.Y.: Elsevier, 2023. Р. 549.
  4. Munro R.G. Material properties of a sintered a-SiC // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1997. V. 26. № 5. P. 1195–1203.
  5. Fides M., Kovalcikova A., Hvizdos P. et al. Mechanical and tribological properties of electrically conductive SiC-based cermets // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. V. 65. P. 76–82. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2016.12.017
  6. Katoh Y., Snead L.L. Silicon carbide and its composites for nuclear applications — historical overview // J. Nucl. Mater. 2019. V. 526. P. 151849. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.151849
  7. Wang X., Gao X., Zhang Z., Cheng L. et al. Advances in modifications and high-temperature applications of silicon carbide ceramic matrix composites in aerospace: A focused review. // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41 № 9. P. 4671–4688. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.051
  8. Вильк Ю.Н., Гаршин А.П. Некоторые свойства материалов на основе самосвязанного карбида кремния и возможности их применения // Огнеупоры и техническая керамика. 1996. № 7. С. 11–14.
  9. Гаршин А.П., Чулкин С.Г. Реакционно- спеченные карбидокремниевые материалы конструкционного назначения. Физико- механические и триботехнические свойства. СПб.: Изд. Политехнического ун-та, 2006. 84 с.
  10. Wang Y., Tan S., Jiang D. The fabrication of reaction-formed silicon carbide with controlled microstructure by infiltrating a pure carbon preform with molten Si // Ceram. Int. 2004. V. 30. № 3. P. 435–439. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(03)00128-7
  11. Perevislov S.N., Markov M.A., Krasikov A.V., Bykova A.D. Effect of SiC dispersed composition on physical and mechanical properties of reaction-sintered silicon carbide // Refract. Ind. Ceram. 2020. V. 61. № 2. P. 211–215. https://doi.org/10.1007/s11148-020-00458-4
  12. Wu H., Li Y., Yun S., Liu X., Huang Z., Jiang D. Effects of particle grading on porous gelcasted and solid-state-sintered SiC ceramics with improved connectivity // J. Alloys Compd. 2018. V. 732. P. 547–554. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.10.260
  13. Malik R., Kim Y.W. Pressureless solid-state sintering of SiC ceramics with BN and C additives // J. Am. Ceram. Soc. 2021. V. 9. № 3. P. 1165–1172. https://doi.org/10.1080/21870764.2021.1946268
  14. Zhao H., Liu W., Lv X., Shi Y., Shao Z., Wang Z. β-SiC nano-particles enhanced thermal conductivity of pressureless solid-phase sintering SiC // Ceram. Int. 2024. V. 50. № 2. P. 2772–2777. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.10.342
  15. Перевислов С.Н., Несмелов Д.Д. Жидкофазноспеченный карбид кремния: спекание, структура, механические свойства // Огнеупоры и техническая керамика. 2014. № 4–5. С. 3–13.
  16. Perevislov S.N., Tomkovich, M.V., Lysenkov A.S. Silicon carbide liquid-phase sintering with various activating agents // Refract. Ind. Ceram. 2019. V. 59. P. 522–527. https://doi.org/10.1007/s11148-019-00265-6
  17. Maity T., Kim Y.W. High-temperature strength of liquid-phase-sintered silicon carbide ceramics: A review // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2022. V. 19. № 1. P. 130–148. https://doi.org/10.1111/ijac.13805
  18. Santos A.C., Ribeiro S. Liquid phase sintering and characterization of SiC ceramics // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 10. P. 11048–11059. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.083
  19. Šajgalík P., Sedláček J., Lenčéš Z., Dusza J., Lin H.T. Additive-free hot-pressed silicon carbide ceramics — a material with exceptional mechanical properties // J. Eur. Ceram. Soc. 2016. V. 36. № 6. P. 1333–1341. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.12.013
  20. Li J., Ren X., Zhang Y., Hou H. Silicon carbide hot pressing sintered by magnesium additive: microstructure and sintering mechanism // J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9. № 1. P. 520–529. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.10.081
  21. Jihong Sh., Dongliang J., Greil P. Hot isostatic pressing of presintered silicon carbide ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 1991. V. 7. P. 243–247. https://doi.org/10.1016/0955-2219(91)90026-V
  22. Förster J., Vassen R. Stöver D. Improvement of fracture toughness in hot isostatically pressed mixtures of ultrafine and coarse-grained SiC ceramics // J. Mater. Sci. Lett. 1995. V. 14. № 3. P. 214–216. https://doi.org/10.1007/BF00318261
  23. Беляков А.Н., Марков М.А., Дюскина Д.А., Быкова А.Д., Чекуряев А.Г., Каштанов А.Д. Сравнительное исследование методов получения карбидкремниевых керамических материалов // Новые огнеупоры. 2023. Т. 6. С. 13–26. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-6-13-26
  24. Nadeau J.S. Very high pressure hot pressing of silicon carbide // Am. Ceram. Soc. Bull. 1973. V. 52. № 2. P. 170–174.
  25. Yano T., Budiyanto K., Yoshida K., Iseki T. Fabrication of silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite by hot-pressing // Fusion Eng. Des. 1998. V. 41. P. 157–163. https://doi.org/10.1016/S0920-3796(98)00094-5
  26. Гаршин А.П. Материаловедение. Техническая керамика в машиностроении: 2-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2024. 296 с.
  27. Padture N.P. In situ–toughened silicon carbide // J. Am. Ceram. Soc. 1994. V. 7. № 2. P. 519–523. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1994.tb07024.x
  28. Zhu Y., Qin Z., Chai J., Shen T., Zhou Y. Effects of sintering additives on microstructure and mechanical properties of hot-pressed α-SiC ceramics // Metall. Mater. Trans. B. 2022. V. 53. P. 1188–1199. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06554-5
  29. Житнюк С.В. Влияние спекающих добавок на свойства керамики на основе карбида титана (обзор) // Тр. ВИАМ. 2019. № 3 (75). С. 79–86.
  30. Перевислов С.Н., Лысенков А.С., Титов Д.Д., Томкович М.В. Горячепрессованные керамические материалы системы SiC–YAG // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 2. С. 206–211. https://doi.org/10.7868/S0002337X17020099
  31. Samanta A.K., Dhargupta K.K., De A.K., Ghatak S. Decomposition reactions in the SiC–Al–Y–O system during gas pressure sintering // Ceram. Int. 2000. V. 26. P. 831–838. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00050-X
  32. Беляков А.Н., Марков М.А., Чекуряев А.Н., Быкова А.Д., Дюскина Д.А., Перевислов С.Н. Исследование реакционно-спеченных материалов B4C–SiC, полученных методом горячего шликерного литья // Физика и химия стекла. 2023. Т. 49. № 3. С. 349–356. https://doi.org/10.31857/S0132665122600819
  33. Есин Э.А., Макаров Н.А., Мараракин М.Д., Назаров Е.Е. Изучение влияния исходных компонентов на свойства спекающих добавок для керамики на основе карбида кремния, полученных золь–гель-методом // Успехи в химии и хим. технологии. 2018. Т. 32. № 2 (198). С. 59–61.
  34. Singh S., Pai K. Investigation on microstructural, mechanical and damping properties of SiC/TiO2, SiC/Li4Ti5O12 reinforced Al matrix // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 10. Part B. P. 14809–14820. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.068
  35. Falk L.K.L. Microstructural development during liquid phase sintering of silicon carbide cera- mics // J. Eur. Ceram. Soc. 1997. V. 17. № 8. P. 983–994. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(96)00198-7
  36. Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Получение тонких пленок 8%Y2O3–92%ZrO2 (8YSZ) с применением золь-гель технологии // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 7. С. 878–886. https://doi.org/10.7868/S0044457X15070168
  37. Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Получение тонких наноструктурированных пленок железоиттриевого граната (Y3Fe5O12) с применением золь–гель-технологии // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 7. С. 843–849. https://doi.org/10.7868/S0044457X16060192
  38. Егорова Т.Л., Калинина М.В., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Шилова О.А., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Жидкофазный синтез и физико-химические свойства ксерогелей, нанодисперсных порошков и тонких пленок на основе системы CeO2–Y2O3 // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 9. С. 1115–1124. https://doi.org/10.7868/S0044457X1609004X
  39. Yang G., Fan T., Zhang D. Interfacial reaction of Al matrix composites reinforced with TiO2-coated SiC particles during remelting // Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 1546–1552. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2003.10.024
  40. Baitalik S., Molla A.R., Kayal N. Non-isothermal oxide bond phase formation kinetics of SiC powder coated with yttrium aluminum garnet (YAG) sol // J. Alloys Compd. 2018. V. 767. № 30. P. 302–314. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.069
  41. Ebrahimpour O. et al. Fabrication of mullite-bonded porous SiC ceramics via a sol–gel assisted in situ reaction bonding // J. Eur. Ceram. Soc. 2014. V. 34. № 2. P. 237–247. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.08.028
  42. Симоненко Н.П., Николаев В.А., Симоненко Е.П., Генералова Н.Б., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Получение тонких наноструктурированных пленок диоксида титана с применением золь–гель-технологии // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 12. С. 1566–1572. https://doi.org/10.7868/S0044457X16120187
  43. Симоненко Н.П., Николаев В.А., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Влияние состава комплексов [Ti(OC4H9)4–x (O2C5H7)x] и условий их гидролиза на про- цесс золь–гель-синтеза диоксида титана // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 8. С. 975–986. https://doi.org/10.1134/S0036023616080167
  44. Istomina E.I., Istomin P.V., Nadutkin A.V., Grass V.E., Lysenkov A.S. Sintesis of C/SiC core-shell fibers through siliconization of carbon fibers with SiO gas in semi-closed reaction // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 16. P. 22587–22593. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.04.270
  45. Истомина Е.И., Истомин П.В., Надуткин А.В., Грасс В.Э., Беляев И.М., Ермакова Д.А., Лысенков А.С. Получение композитных углерод-карбидокремниевых волокон со структурой “сердцевина–оболочка” // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 8. С. 977–986. https://doi.org/10.31857/S0044457X21080080
  46. Истомина Е.И., Истомин П.В., Надуткин А.В., Грасс В.Э. Способ получения композитных углерод-карбидокремниевых волокон со структурой “сердцевина–оболочка”: Патент РФ № 2771029. 2022.
  47. Гаршин А.П., Кулик В.И., Матвеев С.А., Нилов А.С. Современные технологии получения волокнисто-армированных композиционных материалов с керамической огнеупорной матрицей (обзор) // Новые огнеупоры. 2017. № 4. С. 20–35. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-4-20-35
  48. Гаршин А.П., Кулик В.И., Нилов А.С. Анализ современного состояния и перспектив коммерческого применения волокнисто- армированной карбидкремниевой керамики // Новые огнеупоры. 2012. № 2. С. 43‒52.
  49. Денисов Н.М., Баглов А.В., Борисенко В.Е., Дроздова Е.В. Формирование и антибактериальные свойства композитных наноструктур из оксидов титана и меди // Неорган. материалы. 2016. Т. 52. № 5. С. 570–575. https://doi.org/10.7868/S0002337X16050031
  50. Истомина Е.И., Истомин П.В., Надуткин А.В., Грасс В.Э., Ермакова Д.А. Вакуумное карбосиликотермическое восстановление оксидов циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала и хрома // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 6. С. 615–624. https://doi.org/10.31857/S0002337X22050049
  51. Истомина Е.И., Истомин П.В., Надуткин А.В., Грасс В.Э., Богданова А.С. Оптимизация карбосиликотермического синтеза МАХ-фазы Ti4SiC3 // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 6. С. 554–563. https://doi.org/10.7868/S0002337X18060027
  52. Истомина Е.И., Истомин П.В., Надуткин А.В. Получение Ti3SiC2 восстановлением диоксида титана карбидом кремния // Неорган. материалы. 2016. T. 52. № 2. C. 166–172. https://doi.org/10.7868/S0002337X16020056
  53. Istomin P., Istomina E., Nadutkin A., Grass V., Presniakov M. Synthesis of a bulk Ti4SiC3 MAX phase by reduction of TiO2 with SiC // Inorg. Chem. 2016. V. 55. № 21. P. 11050–11056. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.6b01601

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».