Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC
Методом вільного спікання одержано композиційні матеріали на основі AlN–SiC. Встановлено, що при формуванні структури AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ алюмо-ітрієвий гранат розміщується по границям зерен SiC і AlN, перешкоджаючи взаємній розчинності AlN–SiC. Визначено, що збільшення кількості SiC від 20 до 50 % (за...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126208 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC / Т.О. Пріхна, Т.Б. Сербенюк, В.Б. Свердун, В.І. Часник, М.В. Карпець, Т.В. Басюк, Я. Делліх // Сверхтвердые материалы. — 2015. — № 5. — С. 3-11. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126208 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пріхна, Т.О. Сербенюк, Т.Б. Свердун, В.Б. Часник, В.І. Карпець, М.В. Басюк, Т.В. Делліх, Я. 2017-11-17T15:37:59Z 2017-11-17T15:37:59Z 2015 Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC / Т.О. Пріхна, Т.Б. Сербенюк, В.Б. Свердун, В.І. Часник, М.В. Карпець, Т.В. Басюк, Я. Делліх // Сверхтвердые материалы. — 2015. — № 5. — С. 3-11. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126208 666.3:539.5 Методом вільного спікання одержано композиційні матеріали на основі AlN–SiC. Встановлено, що при формуванні структури AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ алюмо-ітрієвий гранат розміщується по границям зерен SiC і AlN, перешкоджаючи взаємній розчинності AlN–SiC. Визначено, що збільшення кількості SiC від 20 до 50 % (за масою) приводить до зміни параметрів а (від 0,49821 до 0,49837 нм) і с (від 0,5046 до 0,498 нм) кристалічної ґратки AlN та до зростання поглинаючої здатності композита від 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–10,5 ГГц). Методом свободного спекания получены композиционные материалы на основе AlN–SiC. Отмечено, что при формировании структуры AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ алюмо-иттриевый гранат размещается по границам зерен SiC и AlN и препятствует взаимной растворимости AlN–SiC. Увеличение количества SiC от 20 до 50 % (по массе) способствует изменению параметров а (от 0,49821 до 0,49837 нм) и с (от 0,5046 нм до 0,498 нм) кристаллической решетки AlN, а также росту поглощающей способности композита от 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–10,5 ГГц). The composite materials based on AlN–SiC were obtained by sintering method. It was shown that location of yttrium-aluminum garnet along the SiC and AlN grain boundaries prevent mutual solubility of AlN–SiC during the AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ structure formation. Increasing of SiC content from 20 to 50 wt. % leads to variation of AlN lattice parameters a (from 0.49821 to 0.49837 nm) and c (from 0.5046 to 0.498 nm) and increasing of the composite absorbing capacity from 8.8 to 31.4 dB/cm, respectively (at the frequencies 9.5–10.5 GHz). uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC Formation regularities of structures of AlN–SiC-based ceramic materials Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC |
| spellingShingle |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC Пріхна, Т.О. Сербенюк, Т.Б. Свердун, В.Б. Часник, В.І. Карпець, М.В. Басюк, Т.В. Делліх, Я. Получение, структура, свойства |
| title_short |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC |
| title_full |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC |
| title_fullStr |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC |
| title_full_unstemmed |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC |
| title_sort |
закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі aln–sic |
| author |
Пріхна, Т.О. Сербенюк, Т.Б. Свердун, В.Б. Часник, В.І. Карпець, М.В. Басюк, Т.В. Делліх, Я. |
| author_facet |
Пріхна, Т.О. Сербенюк, Т.Б. Свердун, В.Б. Часник, В.І. Карпець, М.В. Басюк, Т.В. Делліх, Я. |
| topic |
Получение, структура, свойства |
| topic_facet |
Получение, структура, свойства |
| publishDate |
2015 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Formation regularities of structures of AlN–SiC-based ceramic materials |
| description |
Методом вільного спікання одержано композиційні матеріали на основі AlN–SiC. Встановлено, що при формуванні структури AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ алюмо-ітрієвий гранат розміщується по границям зерен SiC і AlN, перешкоджаючи взаємній розчинності AlN–SiC. Визначено, що збільшення кількості SiC від 20 до 50 % (за масою) приводить до зміни параметрів а (від 0,49821 до 0,49837 нм) і с (від 0,5046 до 0,498 нм) кристалічної ґратки AlN та до зростання поглинаючої здатності композита від 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–10,5 ГГц).
Методом свободного спекания получены композиционные материалы на основе AlN–SiC. Отмечено, что при формировании структуры AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ алюмо-иттриевый гранат размещается по границам зерен SiC и AlN и препятствует взаимной растворимости AlN–SiC. Увеличение количества SiC от 20 до 50 % (по массе) способствует изменению параметров а (от 0,49821 до 0,49837 нм) и с (от 0,5046 нм до 0,498 нм) кристаллической решетки AlN, а также росту поглощающей способности композита от 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–10,5 ГГц).
The composite materials based on AlN–SiC were obtained by sintering method. It was shown that location of yttrium-aluminum garnet along the SiC and AlN grain boundaries prevent mutual solubility of AlN–SiC during the AlN–SiC–Y₃Al₅O₁₂ structure formation. Increasing of SiC content from 20 to 50 wt. % leads to variation of AlN lattice parameters a (from 0.49821 to 0.49837 nm) and c (from 0.5046 to 0.498 nm) and increasing of the composite absorbing capacity from 8.8 to 31.4 dB/cm, respectively (at the frequencies 9.5–10.5 GHz).
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126208 |
| citation_txt |
Закономірності формування структури керамічних матеріалів на основі AlN–SiC / Т.О. Пріхна, Т.Б. Сербенюк, В.Б. Свердун, В.І. Часник, М.В. Карпець, Т.В. Басюк, Я. Делліх // Сверхтвердые материалы. — 2015. — № 5. — С. 3-11. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT príhnato zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT serbenûktb zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT sverdunvb zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT časnikví zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT karpecʹmv zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT basûktv zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT dellíhâ zakonomírnostíformuvannâstrukturikeramíčnihmateríalívnaosnovíalnsic AT príhnato formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials AT serbenûktb formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials AT sverdunvb formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials AT časnikví formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials AT karpecʹmv formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials AT basûktv formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials AT dellíhâ formationregularitiesofstructuresofalnsicbasedceramicmaterials |
| first_indexed |
2025-11-26T00:18:48Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:18:48Z |
| _version_ |
1850599880457715712 |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 5 3
Получение, структура, свойства
УДК 666.3:539.5
Т. О. Пріхна*, Т. Б. Сербенюк, В. Б. Свердун,
В. І. Часник, М. В. Карпець, Т. В. Басюк (м. Київ)
Делліх Я. (Йена, Німеччина)
*prikhna@mail.ru
Закономірності формування структури
керамічних матеріалів на основі AlN–SiC
Методом вільного спікання одержано композиційні матеріали
на основі AlN–SiC. Встановлено, що при формуванні структури AlN–SiC–
Y3Al5O12 алюмо-ітрієвий гранат розміщується по границям зерен SiC і AlN, пе-
решкоджаючи взаємній розчинності AlN–SiC. Визначено, що збільшення кілько-
сті SiC від 20 до 50 % (за масою) приводить до зміни параметрів а (від 0,49821
до 0,49837 нм) і с (від 0,5046 до 0,498 нм) кристалічної ґратки AlN та до зрос-
тання поглинаючої здатності композита від 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–
10,5 ГГц).
Ключові слова: композит, AlN, SiC, мікроструктура, поглинаю-
ча здатність, параметри кристалічної гратки, матеріал-поглинач.
ВСТУП
Стрімкий розвиток вакуумної електроніки і необхідність за-
безпечення ефективної і надійної роботи електронних приладів обумовлюють
необхідність створення нових легких, нетоксичних матеріалів із заданими
функціональними властивостями. Це, в першу чергу, стосується матеріалів-
поглиначів, до яких висувається наступний комплекс вимог: матеріали по-
винні мати високу поглинаючу здатність, бути високощільними і непровід-
ними для протікання постійного струму, мати необхідний для роботи вакуум-
ного приладу рівень механічних властивостей та теплопровідності. Саме за
таких умов можливо забезпечити надійну роботу НВЧ-приладів.
Серед відомих матеріалів-поглиначів електромагнітного випромінювання
у мікрохвильовому діапазоні 5–15 ГГц найбільш поширеними є матеріали на
основі BeO [1] завдяки високій теплопровідності оксиду берилію (220–
240 Вт/(м⋅К)) [2], і випуск яких через надзвичайно високу токсичність остан-
нього є обмеженим. Для застосування в електроніці ефективні такі матеріали-
поглиначі, як КТ-30 (Al2O3, TiO2, MgO) [3], 2БТ-9П (B2Ti7O20) [4]. Але їхні
функціональні властивості істотно погіршуються через нагрівання під час
© Т. О. ПРІХНА, Т. Б. СЕРБЕНЮК, В. Б. СВЕРДУН, В. І. ЧАСНИК, М. В. КАРПЕЦЬ, Т. В. БАСЮК,
Я. ДЕЛЛІХ, 2015
www.ism.kiev.ua/stm 4
роботи, що зумовлюються їхньою низькою (5 Вт/(м⋅К)) теплопровідністю.
Протягом останніх років вироби з нітриду алюмінію завдяки високій теплоп-
ровідності (до 160 Вт/м⋅К) [5] та діелектричним властивостям ефективно
використовуються в області вакуумної електроніки як матеріали-поглиначі,
зокрема, в лампах бігучої хвилі (ЛБХ). З метою підвищення механічних влас-
тивостей було створено матеріали на основі AlN з добавками тугоплавких
металів Мо, W та Fe [6–8]. Матеріали на основі AlN–Mo та AlN–W мають
ступінь поглинання 17–25 і 17–24 дБ/см на частоті 10 ГГц і теплопровідність
80–100 і 100–120 Вт/(м⋅К) відповідно [6], а матеріали на основі AlN–Fe хара-
ктеризуються поглинаючою здатністю близько 50 дБ/см [8].
На створення матеріалу-поглинача на основі AlN–SiC авторів наштовхну-
ла принципова здатність до поглинання матеріалів, які містять SiC, зокрема
композити на основі BeO–SiC [1, 9, 10]. Ультра- та нанодисперсні зерна SiC
також здатні поглинати електромагнітну енергію на частотах 2–18 ГГц [11].
Незважаючи на те, що при додаванні 50–70 % (за масою) SiC до AlN теплоп-
ровідність композитів знижується до 73 Вт/(м⋅К) [12], такі матеріали все ж
здатні задовольнити вимогам, що висувають до матеріалів-поглиначів. Але не
дивлячись на те, що матеріали на основі AlN–SiC широко використовують як
конструкційні, можливість їх використання в якості матеріалів-поглиначів не
досліджували.
В результаті проведених досліджень було створено композиційний мате-
ріал на основі AlN–SiC з комплексом властивостей, що забезпечують його
використання як матеріалу-поглинача в НВЧ-приладах (ЛБХ, клістронах та
магнетронах). Матеріал є нетоксичним, має малу питому вагу, високу погли-
наючу здатність, високий рівень механічних властивостей та достатню теп-
лопровідність для роботи в НВЧ-приладах середньої та великої потужності.
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Як вихідну шихту використовували суміш порошків на основі нітриду
алюмінію (дисперсністю 4 мкм) з додаванням оксиду ітрію (дисперсністю
4 мкм, у кількості 4 % (за масою)) та карбіду кремнію (дисперсністю 28 мкм,
у кількості від 20 до 50 % (за масою)). Оксид ітрію додавали з метою актива-
ції процесу спікання нітриду алюмінію. Компоненти шихти змішували та
подрібнювали у планетарному активаторі та компактували у зразки необхід-
них форми та розмірів ізостатичним пресуванням під тиском 300 МПа. Оде-
ржані компакти спікали в атмосфері азоту під тиском 0,12 МПа при темпера-
турі 1900 °С протягом 60 хв.
Структуру спечених зразків досліджували за допомогою скануючого елек-
тронного мікроскопу SEM ZEISS EVO 50XVP, JXA 88002 у режимах SEI
(Secondary Electron Image) та COMPO (Back Scattered Electron Image
(Composition) з використанням мікрорентгеноспектрального аналізу.
Фазовий аналіз зразків та дослідження їх кристалічних структур проводи-
ли методом рентгенівської порошкової дифракції з використанням рентгенів-
ського дифрактометра ДРОН-3 при кімнатній температурі. Для досліджень
використовувалось CuKα-випромінювання (λ = 1,54156 Å), зйомку проводили
в діапазоні кутів 2θ = 18°–88°, із кроком сканування 0,05° та часом експозиції
в одній точці 2–4 с. Для аналізу експериментальних даних було використано
пакет програм WinСell, в якому реалізовано уточнення повнопрофільним
методом Рітвельда.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 5 5
Вимірювання рівня затухання НВЧ-хвиль в кільці поглинача проводили на
панорамному вимірювачі КСВН Р2-61, який працює в частотному діапазоні
8–12 ГГц, детально методика вимірювань описана в [13].
Результати та обговорення
Аналіз спечених зразків показав, що композиційні матеріали, які виготов-
лено на основі AlN(Y2O3)–SiC, складаються з матричної фази AlN з рівномір-
но розподіленими в ній включеннями SiC та зернами алюмоітрієвого гранату
Y3Al5O12 навколо них (рис. 1). Рентгенофазовий аналіз із застосуванням ме-
тода Рітвельда показав, що структура розроблених композиційних матеріалів
містить фази AlN–2Н, SiC–6Н, Y3Al5O12 (рис. 2). Фаза карбіду кремнію, як і у
вихідному порошку, представлена модифікацією α-SiC, політипом 6Н. Це
узгоджується з літературним даними [14], згідно яких політип 6Н α-SiC існує
при температурах 1600–2000 °С. Таким чином, можна відмітити, що зміни
модифікації або зміни політипів карбіду кремнію в процесі синтезу матеріалу
не відбулося (див. рис. 2).
а
б
в
г
Рис. 1. Мікроструктура композитів, що синтезовано на основі AlN–SiC, з вмістом α-SiC
20 (а), 32 (б), 34 (в), 50 (г) % (за масою).
Дослідження структури методами дифракційного рентгенофазового аналі-
зу та SEM мікрорентгеноспектрального аналізу показали, що Y2O3 взаємодіє
з AlN з утворенням алюмоітрієвого гранату (Y3Al5O12), який формується по
границям зерен SiC (на рис. 1, а–в його включення виглядають найбілішими).
У випадку додавання 20 % (за масою) SiC (див. рис. 1, а) чітко видно, що
контактів між зернами SiC немає, оскільки зерна SiC, що виглядають світло-
сірими на зображенні структури, повністю оточені матричною фазою AlN,
яка виглядає темно-сірою або прошарками алюмоітрієвого гранату, що є
www.ism.kiev.ua/stm 6
найбілішими. По границям SiC розташований Y3Al5O12, який відділяє зерна
SiC від AlN. При вмісті 20 % (за масою) карбіду кремнію включення карбіду
кремнію мали середній розмір 15–20 мкм.
30 35 40 45 50 55 2θ, град
0
147
295
I,
в
ід
н
. о
д.
а
30 35 40 45 50 55 2θ, град
0
155
310
I,
в
ід
н
. о
д.
б
30 35 40 45 50 55 2θ, град
0
133
266
I,
в
ід
н
. о
д.
в
Рис. 2. Рентгенограми композиційного матеріалу на основі AlN–SiC з вмістом α-SiC 20 (а),
32 (б), 34 (в) і 50 (г) % (за масою): AlN (�), SiC (�), Al3Y5O12 (�),Y2O3 (�).
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 5 7
30 35 40 45 50 55 2θ, град
0
347
694
I,
в
ід
н
. о
д.
г
Рис. 2. (Продовження).
Таблиця 1. Склад композитів на основі AlN–SiC та періоди граток
його фаз-складових
Періоди кристалічної
гратки, нм
Склад композиційних
матеріалів,
% (за масою)
Фаза
Вміст,
% (за масою)
a c
Y3Al5O12 4,61 1,20156 –
AlN–2H 82,63 0,31110 0,49821
AlN (4Y2O3) +20SiC
SiC–6H 12,76 0,30822 1,51150
Y3Al5O12 4,63 1,20050 –
AlN–2H 71,06 0,31089 0,49823
AlN(4Y2O3) +32SiC
SiC–6H 24,31 0,30799 1,51135
Y3Al5O12 4,81 1,20000 –
AlN–2H 66,17 0,31000 0,49000
AlN(4Y2O3) +34SiC
SiC–6H 29,02 0,30700 1,51100
Y2O3 0,88 1,05430 –
AlN–2H 64,78 0,31070 0,49837
AlN(4Y2O3) +50SiC
SiC–6H 34,34 0,30787 1,51059
При збільшенні вмісту SiC до 32 і 34 % (за масою) (див. рис. 1, б і в відпо-
відно) у структурі композиційних матеріалів спостерігається істотно більша
кількість світло-сірої фази карбіду кремнію, але фази нітриду алюмінію та
алюмо-ітрієвого гранату ще достатньо, щоб запобігти взаємній розчинності
AlN–SiC між нітридом алюмінію і карбідом кремнію. Середній розмір вклю-
чень SiC знаходиться в межах 5–10 мкм, а середній розмір пор в композиті –
5–6 мкм.
Встановлено, що при формуванні структури AlN–SiC–Al3Y5O12(Y2O3) зі
збільшенням кількості SiC від 20 до 50 % (за масою) (див. рис. 2, рис. 3 та
табл. 1) відбувається зростання параметру с кристалічної гратки AlN від
0,49821 до 0,49837 нм (на 0,00016 нм) та зменшення параметра а від 0,31110
до 0,31070 нм (на 0,00040 нм) (див. табл. 1). З рис. 3 видно, що зміна параме-
www.ism.kiev.ua/stm 8
трів кристалічної гратки AlN відбувається лінійно зі збільшенням вмісту SiC.
Для порівняння на рис. 3 наведено подібну зміну параметрів кристалічної
гратки AlN, що спостерігали в [15]. Лінійна залежність параметрів кристаліч-
ної гратки підтверджується і в [16], автори якої стверджують, що у всьому
діапазоні зміни складу твердих розчинів (SiC)1–х(AlN)x параметри кристаліч-
ної гратки змінюються за лінійним законом, однак на значно більшу величи-
ну: параметр а збільшується від 0,3078 до 0,3114 нм (на 0,0036 нм), а пара-
метр с зменшується 0,5046 нм до 0,498 нм (на 0,0068 нм) зі збільшенням вмі-
сту A1N від 0 до 100 % (моль) В [16] встановлено, що параметр кристалічної
гратки твердих розчинів (SiC)1–х(AlN)x а збільшується від 0,3078 нм до
0,3115 нм (на 0,0037), а параметр с зменшується від 0,5046 нм до 0.498 нм
(0,0068) з ростом х від 0 до 100 % (моль). Також в [17] встановлено, що пара-
метри ґратки твердих розчинів (SiC)1–х(AlN)x залежать від їх складу і підко-
рюються лінійному закону, що підтверджується зсувом рентгенівських диф-
ракційних ліній, які характеризують тверді розчини, відносно дифракційних
ліній чистого SiС і A1N. Незначну зміну параметрів кристалічної гратки у
нашому випадку можна пояснити тим, що формування зерен Y3Al5O12 на
границі зерен AlN і SiC перешкоджають протіканню процесів дифузії.
0 20 40 60 80 100
0,3075
0,3080
0,3085
0,3090
0,3095
0,3100
0,3105
0,3110
0,3115
0,497
0,498
0,499
0,500
0,501
0,502
0,503
0,504
0,505
П
ар
ам
ет
р
а
гр
ат
ки
A
lN
, н
м
Вміст SiC, % (за масою)
а*
с*
а
с П
ар
ам
ет
р
с
гр
ат
к
и
A
lN
, н
м
Рис. 3. Зміна параметрів гратки а і с AlN (2Н) в залежності від вмісту SiC(6Н) у порівнянні
з літературними даними [15] (а*, с*) для твердих розчинів (SiC(2Н))1–x(AlN(2Н))x.
Вимірювання поглинання електромагнітної енергії в діапазоні частот 9,5–
10,5 ГГц показали наступне. Коефіцієнт поглинання L (дБ/см) зразків компо-
зита на основі AlN–SiC зростає майже лінійно при збільшенні вмісту карбіду
кремнію. Так, для матеріалів з вмістом 20–50 % (за масою) SiC, з вихідною
дисперсністю 28 мкм значення коефіцієнта електромагнітного поглинання
лежать у межах 8,8–31,4 дБ/см (рис. 4) на частоті 9,5–10,5 ГГц і максимальне
значення поглинання електромагнітної енергії досягається при вмісті 50 % (за
масою) SiC у композиті. Така залежність пояснюється тим, що за умови, коли
композит є непровідним при пропусканні крізь нього постійного струму,
рівень поглинання електромагнітної енергії в двофазних композитах завжди
збільшується з ростом концентрації частинок провідної або напівпровідної
фази до порогу перколяції [18]. В попередніх роботах [19, 20] авторами наве-
дено результати вимірювання теплопровідності та мікротвердості компози-
ційних матеріалів. Теплопровідність композитів зростала з підвищенням вмі-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 5 9
сту SiC до 50 % (за масою) і знаходилась у межах 58–73 Вт/(м⋅К), а значення
твердості HV при навантаженні 150 Н коливались в межах 12,5–13,1 ГПа.
Отже, вперше показано, що рівнем поглинання НВЧ-випромінювання та
іншими характеристиками композиційних матеріалів на основі AlN можна
цілеспрямовано керувати зміною вмісту порошку SiC (наприклад, дисперсні-
стю 28 мкм): при збільшенні вмісту SiC від 20 до 50 % (за масою) електрома-
гнітне поглинання зростає з 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–10,5 ГГц), при
цьому зберігається високий рівень теплопровідності і механічних характери-
стик, хоча пористість матеріалу дещо зростає (з 3 до 8 %). Розроблені компо-
зиційні матеріали можуть з успіхом використовуватись у НВЧ-приладах,
оскільки здатні забезпечити високий рівень їх функціональних характерис-
тик.
16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
6
12
18
24
30
36
К
ое
ф
іц
іє
н
т
п
ог
ли
н
ан
н
я
ел
ек
тр
ом
аг
н
іт
н
ої
ен
ер
гі
ї L
,
дБ
/с
м
Вміст SiC, % (за масою)
Рис. 4. Поглинання електромагнітної енергії AlN–SiC в діапазоні частот 9,5–10,5 ГГц
композитом залежно від вмісту карбіду кремнію; вихідна дисперсність SiC – 28 мкм.
ВИСНОВКИ
Встановлено, що оксид ітрію, який додається у шихту задля активації
процесу саікання, під час спікання перетворюється на алюмо-ітрієвий гранат і
розміщується по границям зерен SiC та AlN, тим самим перешкоджаючи
взаємній розчинності AlN–SiC.
Вперше показано, що при формуванні структури AlN(2Н)–SiC(6Н)–
Y3Al5O12(Y2O3) зі збільшенням кількості SiC від 20 до 50 % (за масою) має
місце незначне монотонне зростання параметру с гексагональної гратки AlN
від 0,49821 до 0,49837 нм (на 0,00016 нм) та зменшення параметру а від
0,31110 до 0,31070 нм (на 0,00040 нм), що характерно при утворенні безпере-
рвних твердих розчинів AlN(2Н)–SiC(2Н).
Підвищення вмісту від 20 до 50 % (за масою) SiC у композиті приводить
до зростання поглинаючої здатності композита від 8,8 до 31,4 дБ/см.
Методом свободного спекания получены композиционные материалы
на основе AlN–SiC. Отмечено, что при формировании структуры AlN–SiC–Y3Al5O12 алю-
мо-иттриевый гранат размещается по границам зерен SiC и AlN и препятствует взаим-
ной растворимости AlN–SiC. Увеличение количества SiC от 20 до 50 % (по массе) спо-
собствует изменению параметров а (от 0,49821 до 0,49837 нм) и с (от 0,5046 нм до
0,498 нм) кристаллической решетки AlN, а также росту поглощающей способности
композита от 8,8 до 31,4 дБ/см (на частотах 9,5–10,5 ГГц).
www.ism.kiev.ua/stm 10
Ключевые слова: композит, AlN, SiC, микроструктура, способность к
поглощению, параметры кристаллической решетки, материал-поглотитель.
The composite materials based on AlN–SiC were obtained by sintering
method. It was shown that location of yttrium-aluminum garnet along the SiC and AlN grain
boundaries prevent mutual solubility of AlN–SiC during the AlN–SiC–Y3Al5O12 structure
formation. Increasing of SiC content from 20 to 50 wt. % leads to variation of AlN lattice
parameters a (from 0.49821 to 0.49837 nm) and c (from 0.5046 to 0.498 nm) and increasing of
the composite absorbing capacity from 8.8 to 31.4 dB/cm, respectively (at the frequencies 9.5–
10.5 GHz).
Keywords: composite, AlN, SiC, microstructure, absorption, crystal lattice
parameters, absorbent material.
1. Calame J. P., Abe D. K. Applications of advantced materials technologies to vacuum elec-
tronic devices // Proc. IEEE. – 1999. – 87, N 5. – P. 840–864.
2. Григорьев И. С., Мейлихов Е. З. Физические величины. Справ. – М.: Энергоатомиздат,
1991. – 1232 с.
3. Батыгин В. Н., Ефимова Н. В., Иноземцева А. В., Мазурова Л. Г. Объемные поглотители
для мощных ЛБВ // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. – 1970. – 11. – С. 95–
102.
4. Батыгин В. Н., Иноземцева А. В., Нейлык Н. Термостабильная керамика B2Ti7O20 //
Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. – 1984. – Вып. 5 (365). – С. 55–57.
5. Бершадская М. Д., Аветиков В. Г., Неделько Э. Е. и др. Нитрид алюминия новый высо-
котеплопроводный диэлектрик // Электронная техника. Сер. 6. – 1984. – Вып. 6 (191). –
C. 54–57.
6. А. с. 1159282 СССР, МПК5 C04B35/58, C22C32/00. Состав шихты для изготовления
керамического материала / Е. Н. Бухарин, А. С. Власов, А. А. Алексеев. – № 364.81.10;
Заявл. 4.10.1983.
7. Fesenko I. P., Chasnyk V. I., Sverdun N. V. Thermal conductivity and microwave dielectric
properties of AlN-based ceramics containing conductive particles // Сверхтв. материалы. –
2004. – № 3. – С. 12–17.
8. Бухарин Е. Н., Власов А. С., Андреев А. А. Новые высокотеплопроводные объемные СВЧ
поглотители // Электронная техника. Сер. Материалы. – 1988. – Вып. 6 (235). – С. 66–
70.
9. Аврутова Л. Г. Свойства карбида кремния. Карбид кремния в качестве поглотителя //
Обзоры по электронной технике. Сер. Технология и организация производства. – 1968.
– Вып. 2. – С. 73–76.
10. Calame J. P., Garven M., Lobas D. et al. Broadband microwave and W-band characterization
of BeO–SiC and AIN-based lossy dielectric composites for vacuum electronics // Int. Vacuum
Electron Sources Held in Monterey, California, 25–27 April, 2006. – P. 37–38.
11. Liu G., Wang L. Y., Chen G. M. et al. Comparison study on microwave absorbing properties
of SiC absorbers // Appl. Mech. Mater. – 2011. – 117–119. – P. 1057–1060.
12. Landon M., Thevenot F. Thermal conductivity of SiC–AlN ceramic materials // J. Eur. Ce-
ram. Soc. – 1991. – 8, N 5. – P. 271–277.
13. Часнык В. И., Фесенко И. П. Объемный поглотитель СВЧ-энергии на основе нитрида
алюминия и карбида кремния // Техника и приборы СВЧ. – 2008. – № 2. – С. 45–47.
14. Карбид кремния / Под ред. Г. Хениша и Р. Роя. – М.: Мир, 1972. – 386 с.
15. Tangen I.-L., Yu Yi., Grande T. et al. Preparation and characterization of aluminium nitride-
silicon carbide composites // Ceram. Int. – 2004. – 30, N 6. – P. 931–938.
16. Хийярат Базбаз А-В. А-К. Влияние условий роста на структуру и свойства эпитак-
сиальных слоев (SiC)1–x (AlN)x: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. – Махачкала,
2000. – 23 с.
17. Билалов Б. А. Процессы формирования и электрофизические свойства гетероструктур
карбид кремния – твердые растворы на основе карбида кремния: Автореф. дис. … докт.
физ.-мат. наук: 01.04.07 / Билалов Б. А.; СевКавГТУ. – Ставрополь, 2001. – 44 с.
18. Ковнеристый Ю. К., Лазарева И. Ю., Раваев А. А. Материалы, поглощающие СВЧ-
излучения. – М.: Наука, 1982. – 163 с.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 5 11
19. Сербенюк Т. Б., Александрова Л. І., Заїка М. І. та ін. Структура, механічні, тепло- та
діелектричні властивості керамічного матеріалу нітрид алюмінію–карбід кремнію //
Сверхт. материалы. – 2008. – № 6. – С. 29–39.
20. Фесенко І. П., Сербенюк Т. Б., Часник В. І. та ін. Фізико-технічні властивості кераміки
та композитів з керамічною матрицею на основі вюрцитного AlN // Там же. – 2010. –
№ 1. – С. 44–56.
Ін-т надтвердих матеріалів Надійшла 10.10.14
ім. В. М. Бакуля НАН України
|