СИНТЕЗ КОМПОЗИЦИИ НИТРИДОВ КРЕМНИЯ, АЛЮМИНИЯ И ЦИРКОНИЯ АЗОТИРОВАНИЕМ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ СЛОЖНОГО ФЕРРОСПЛАВА - ФЕРРО-АЛЮМОСИЛИКОЦИРКОНИЯ
Аннотация
В работе приведены результаты исследований получения композиционного материала, содержащего нитрид кремния, нитрид циркония и нитрид алюминия, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) азотированием ферросплава ферроалюмосиликоциркония. Представлены результаты исследования влияния давления азота, дисперсности, плотности исходного порошка ферроалюмосиликоциркония и диаметра образцов на количество поглощенного азота, скоростные и температурные характеристики горения в атмосфере азота. Показано, что при увеличении давления количество поглощенного азота, скорость горения и температура горения возрастают. При повышении плотности исходного порошка уменьшается количество поглощенного азота, скорость и температура горения. Увеличение диаметра исходных образцов, состоящих из порошка ферросплава, не приводит к значительному изменению количества поглощенного азота, при этом скорость горения падает и возрастает температура синтеза. Изменение дисперсности исходного ферроалюмосиликоциркония не влияет в значительной степени на изменение количества поглощенного азота, скорости и температуры горения. Выявлено, что распространение фронта волны горения по образцу в атмосфере азота проходит в нестационарном режиме, и полученные композиты имеют макро неоднородную структуру. Установлены оптимальные условия азотирования ферроалюмосиликоциркония: давление азота, диаметр исходного образца, дисперсность и плотность исходного порошка. Выявлены критические параметры азотирования ферроалюмосиликоциркония методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, при которых удается реализовать формирование и продвижение фронта волны горения в исходном ферросплаве. Приведены вероятные реакции азотирования исходного материала в волне горения. Определен фазовый состав продуктов азотирования ферроалюмосиликоциркония методом рентгеннофазового анализа. Получен композиционный материал, содержащий нитрид кремния, нитрид алюминия и нитрид циркония.
Литература
Gerasimova N.S. Main types of composite materials and ceramics. Kaluga: KF MGTU n. N.E. Bauman. 2019. 32 p. (in Russian).
Khader I., Koplin C., Schröder C., Stockmann J., Beck-ert W., Kunz W., Kailer A. Characterization of a silicon ni-tride ceramic material for ceramic springs. J. Eur. Ceramic Soc. 2020 V. 40. N 10. P. 3541-3554. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.03.046.
Yugeswaran S., Ananthapadmanabhan P. V., Ku-maresan L., Kuberan A., Sivakumar S., Shanmugav-elayutham G., Ramachandran K. Synthesis of zirconium nitride from zircon sand by transferred arc plasma assisted carbothermal reduction and nitridation process. Ceramics Internat. 2018. V. 44. N 12. P. 14789–14796. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.05.109.
Kudyakova V.S., Shishkin R.A., Elagin A.A., Baranov M.V., Beketov A.R. Aluminium nitride cubic modifications synthesis methods and its features. Review. J. Eur. Ceramic Soc. 2017. V. 37. N 4. P. 1143–1156. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.11.051.
Luparev N.V., Sorokin B.P., Aksenenkov V.V. Synthesis and research of aluminum-scandium nitride films as a part of piezoelectric layered structure based on synthetic diamond single crystalline substrates. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved, Khim. Khim. Technol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 77-84 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.6312.
Chukhlomina L.N., Maksimov Yu.M., Vereschagin V.I. Self propagating high–temperature synthesis of composites nitride-based materials. Novosibirsk: Nayka. 2012. 260 p. (in Russian).
Amosov A.P., Borovinskaya I.P., Merzhanov A.G. Powder technology of self-propagating high-temperature synthesis of materials. M.: Mashinostroenie. 2007. 567 p. (in Russian).
Hu Y., Zuo K., Xia Y., Yin J., Liang H., Zeng Y. Micro-structure and permeability of porous Si3N4 supports prepared via SHS. Ceramics Internat. 2020. V. 47. N 2. P. 1571-1577. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.08.270.
Markov Yu.M. Study of the method for producing of magnesium nitride powder in the SHS mode. Sovr. Mater. Tekhnika Tekhnol. 2016. N 3(6). P. 91-95 (in Russian).
Amosov A.P., Bichurov G.V. Azide-based technology of self propagation high-temperature synthesis of micro- and nanopowder of nitrides. M.: Mashinostroenie. 2007. 26 p. (in Russian).
Zakorzhevskii V.V., Loryan V.E., Borovinskaya I.P., Kirillov A.V., Sannikova S.N. Zirconium nitride self-propagating high temperature synthesis out of components. Novye Ogneupory. 2016. N 9. P. 56-58 (in Russian). DOI: 10.17073/1683-4518-2016-9-56-58.
Manashev I.R., Gavrilova T.O., Shatokhin I.M., Ziatdinov M.K., Leont’ev L.I. Utilization of dispersed waste of ferroalloy production on the basis of metallurgical SHS-process. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Chernaya Metallurgiya. 2020. V. 63. N 8. P. 591-599 (in Russian). DOI: 10.17073/0368-0797-2020-8-591-599.
Ziatdinov M.K., Shatokhin I.M., Leont’ev L.I. SHS technology of composition ferroalloys part I. Metallurgical SHS process. Synthesis of ferrovanadium and ferrochromium nitrides. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Chernaya Metallurgiya. 2018. V. 61. N 5. P. 339-347 (in Russian). DOI: 10.17073/0368-0797-2018-5-339-347.
Ziatdinov M.K., Shatokhin I.M., Leont’ev L.I. SHS technology of composition ferroalloys part II. Synthesis of ferrosilicon and ferrotitanium boride. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Chernaya Metallurgiya. 2018. V 61. N 7. P. 339-347 (in Russian). DOI: 10.17073/0368-0797-2018-7-527-535.
Bolgaru K.A., Reger A.A., Skvortsova L.N. Combustion synthesis of metal-ceramic silicon nitride-based composites and their photocatalytic activity. J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1115. N 4. P. 5. DOI: 10.1088/1742-6596/1115/4/042040.
Bolgaru K.A., Braverman B. Sh., Maksimov Yu.M., Reger A.A., Vereschagin V.I. Obtaining of composite ma-terials by the combustion of hollow cylinder-shaped aluminum ferrosilicon. Mezhdun. Zhurn. Priklad. Fundamental. Issl. 2019. N 11. P. 86-91 (in Russian). DOI: 10.17513/mjpfi.12937.
Yatsimirskiy V.K., Tyrenkova N.I. The interaction of molecular nitrides with iron clusters. Theor. Experim. Chem. 1975. N 1. P. 378-381.
Manashev I.R., Gavrilova T.O., Shatokhin I.M., Ziatdinov M.H. Theory and technology of nitrided ferro-alloys production by self propagating high temperature synthesis. Teor. Tekhnol. Metallurg. Pr-va. 2019. N 4(31). P. 4-12 (in Russian).
Bolgaru K.A., Chukhlomina L.N., Maksimov Yu.M. Study of regularities for the nitriding of complex ferrosili-coaluminum ferroalloy during SHS. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Poroshkovaya Metallurgiya Funkts. Pokrytiya. 2016. N 4. P. 34-40 (in Russian). DOI: 10.17073/1997-308X-2016-4-34-40.
Chukhlomina L.N., Maksimov Yu.M., Kitler V.D., Vitushkina O.G. Mechanism and features of nitriding of fer-rosilicon in the combustion mode. Combustion, Explosion, Shock Waves. 2006. V. 42. N 3. P. 309-316.
