Механические свойства керамики на основе нитрида кремния со спекающей добавкой Yb2O3

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе исследованы фазовый состав и механические свойства керамики Si3N4 в зависимости от содержания Yb2O3. Показано, что для всех образцов основным компонентом межзеренной фазы было соединение Yb4Si2O7N2, а сопутствующими фазами – силикаты иттербия, количество которых возрастало с увеличением содержания Yb2O3 в исходных порошках. Выявлена тенденция к снижению прочности на изгиб с увеличением содержания спекающей добавки как при комнатной температуре, так и при 1600°С. Кривые перемещения-нагрузки при 1600°С показали пластический характер деформации и текучесть материала, которая росла с увеличением количества Yb2O3, что обусловлено неполной кристаллизацией межзеренной фазы.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. К. Георгиу

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Author for correspondence.
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

Е. С. Жукова

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

А. И. Жмурин

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

А. И. Ганичев

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

М. Г. Лисаченко

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

М. Ю. Русин

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

References

  1. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия, 1984. 136 с.
  2. Исследование нитридов / под. ред. Самсонова Г.В. Киев: ИПМ АН УССР, 1975. 226 с.
  3. Katz R.N. Commercial Applications of Silicon Nitride Based Ceramics // Mater. Technol. 1993. V. 8. № 7–8. P. 142–148. https://doi.org/10.1080/10667857.1993.11784967
  4. CeramTec Industrial [Электронный ресурс] URL: https://www.ceramtec-industrial.com/en/materials/silicon-nitride (дата обращения: 21.05.2024).
  5. Klemm H. Silicon Nitride for High-Temperature Applications // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. № 6. P. 1501–1522. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03839.x
  6. van Roode M., Ferber M.K., Richerson D.W. Ceramic Gas Turbine Design and Test Experience: Progress in Ceramic Gas Turbine Development. V. I. N. Y.: ASME PRESS, 2002. 722 p.
  7. van Roode M., Ferber M.K., Richerson D.W. Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization: Progress in Ceramic Gas Turbine Development. V. II. N. Y.: ASME PRESS, 2003. 775 p.
  8. Kingery W.D. Densification during Sintering in the Presence of a Liquid Phase. I. Theory // J. Appl. Phys. V. 30. 1959. P. 301–306. https://doi.org/10.1063/1.1735155
  9. Svoboda J., Riedel H., Gaebel R. A Model for Liquid Phase Sintering // Acta Mater. 1996. V. 44. № 8. P. 3215–3226.
  10. German R.M. Liquid Phase Sintering. N.Y.: Springer, 1985. P. 244. https://doi.org/10/1007/978-1-4899-3599-1
  11. Weiss J., Kaysser W.A. Liquid Phase Sintering // Prog. Nitrogen Ceram. 1983. V. 65. P. 169–186.
  12. Riley F.L. Silicon Nitride and Related Materials // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 2. P. 245–265. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2000.tb01182.x
  13. Nishimura T., Guo S., Hirosaki N., Mitomo N. Improving Heat Resistance of Silicon Nitride Ceramics with Rare-Earth Silicon Oxynitride // J. Ceram. Soc. Jpn. 2006. V. 114. № 11. Р. 880–887. https://doi.org/10.2109/jcersj.114.880
  14. Yoshida M., Tanaka K., Kubo T, Terazono H., Tsuruzono S. Development of Ceramic Components for Gas Turbine Engine (CGT302) // Am. Soc. Mech. Enj. 1998. P. 8. https://doi.org/10.1115/98-GT-398
  15. Ohji T. Long-term Tensile Creep Behavior of Highly Heat-resistant Silicon Nitride for Ceramic Gas Turbines // Ceram. Eng. Sci. Proc. 2001. V. 22 [3]. P. 159–166. https://doi.org/10.1002/9780470294680.ch18
  16. Торопов Н., Бондарь И., Лазарев А., Смолин Ю. Силикаты редкоземельных металлов и их аналоги. М.: Наука, 1971. 230 с.
  17. Levin E.M., Robbins C.R., McMurdie H.F. Phase Diagrams for Ceramists // J. Am. Ceram. Soc. 1964. 601 p.
  18. Nishimura T., Mitomo M., Suematsu H. High Temperature Strength of Silicon Nitride Ceramics with Ytterbium Silicon Oxynitride // J. Mater. Res. 1997. V. 12. № 1. P. 203–209. https://doi.org/10.1557/JMR. 1997.0027
  19. Park H., Kim H., Niihara K. Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Si3N4 with Yb2O3 as a Sintering Additive // J. Am. Ceram. Soc. 1997. V. 80. № 3. P. 750–756. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.1997.tb02892.x
  20. Самсонов Г.В. и др. Физико-химические свойства окислов. Справочник. М.: Металлургия, 1978. 472 с.
  21. Zhu X., Hirao K., Ishigaki T., Sakka Y. Potential Use of Only Yb2O3 in Producing Dense Si3N4 Ceramics with High Thermal Conductivity by Gas Pressure Sintering // Sci. Technol. Adv. Mater. 2010. V. 11. № 6. P. 11. https://doi.org/10.1088/1468-6996/11/6/065001
  22. Hoffmann M.J. High-temperature Properties of Yb-containing Si3N4 // NATO ASI Series. Series E: Applied Sciences. V. 276: Tailoring of mechanical properties of Si3N4 ceramics / Eds. Hoffmann M. J., Petzow G. Dordrecht: Kluwer, 1993. P. 233–244.
  23. Clarke D.R., Lange F.F., Schnittgrund G.D. Strengthening of a Sintered Silicon Nitride by a Post-Fabrication Heat Treatment // J. Am. Ceram. Soc. 1982. V. 65. № 4. P. 51–53. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916. 1982.tb10415.x
  24. Raj R., Lange F.F. Crystallization of Small Quantities of Glass (or a Liquid) Segregated in Grain-boundaries // Acta Metall. 1981. V. 29. № 12. P. 1993–2000. https://doi.org/10.1016/j.0001-6160(81)90036-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Change in the mass of Si3N4 samples.

Download (62KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffraction patterns of sintered Si3N4 samples (X-ray diffraction patterns numbers correspond to sample numbers in Table 2).

Download (213KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Micrograph of sample 3 and element distribution maps.

Download (804KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. X-ray spectra of sample 3 at points 1 (a) and 2 (b): 1 – Si3N4 grain, 2 – intergranular phase.

Download (231KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependences of the bending strength of sintered Si3N4 samples with additives of 7.5–20 wt.% Yb2O3 at room temperature and at 1600°C.

Download (123KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Load-displacement diagram of the crosshead during testing the bending strength of sintered Si3N4 samples at 1600°C.

Download (170KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. SEM images of a Si3N4 ceramic sample with the addition of 10 wt.% Yb2O3.

Download (386KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences