Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием
The AlN based composites containing SiC particles of different mean grain size have been obtained by the pressureless sintering. The ceramic material of the composite samples are characterized by thermal conductivity of 37–82 W/(m∙К). The AlN–SiC composite containing the coarser SiC particles showed...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139372 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием / Т.А. Прихна, Т.Б. Сербенюк, И.П. Фесенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 411-414. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-139372 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Прихна, Т.А. Сербенюк, Т.Б. Фесенко, И.П. 2018-06-20T06:37:46Z 2018-06-20T06:37:46Z 2008 Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием / Т.А. Прихна, Т.Б. Сербенюк, И.П. Фесенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 411-414. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139372 666.3:539.5 The AlN based composites containing SiC particles of different mean grain size have been obtained by the pressureless sintering. The ceramic material of the composite samples are characterized by thermal conductivity of 37–82 W/(m∙К). The AlN–SiC composite containing the coarser SiC particles showed the highest value of thermal conductivity being promising as a cutting tool material. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием |
| spellingShingle |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием Прихна, Т.А. Сербенюк, Т.Б. Фесенко, И.П. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title_short |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием |
| title_full |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием |
| title_fullStr |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием |
| title_full_unstemmed |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием |
| title_sort |
теплопроводность керамики aln–sic, полученной свободным спеканием |
| author |
Прихна, Т.А. Сербенюк, Т.Б. Фесенко, И.П. |
| author_facet |
Прихна, Т.А. Сербенюк, Т.Б. Фесенко, И.П. |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
The AlN based composites containing SiC particles of different mean grain size have been obtained by the pressureless sintering. The ceramic material of the composite samples are characterized by thermal conductivity of 37–82 W/(m∙К). The AlN–SiC composite containing the coarser SiC particles showed the highest value of thermal conductivity being promising as a cutting tool material.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139372 |
| citation_txt |
Теплопроводность керамики AlN–SiC, полученной свободным спеканием / Т.А. Прихна, Т.Б. Сербенюк, И.П. Фесенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 411-414. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT prihnata teploprovodnostʹkeramikialnsicpolučennoisvobodnymspekaniem AT serbenûktb teploprovodnostʹkeramikialnsicpolučennoisvobodnymspekaniem AT fesenkoip teploprovodnostʹkeramikialnsicpolučennoisvobodnymspekaniem |
| first_indexed |
2025-11-24T15:49:09Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:49:09Z |
| _version_ |
1850848872585232384 |
| fulltext |
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
411
УДК 666.3:539.5
Т.А. Прихна, член-корр., Т.Б. Сербенюк, И.П. Фесенко, д-р техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КЕРАМИКИ AlN–SiC,
ПОЛУЧЕННОЙ СВОБОДНЫМ СПЕКАНИЕМ
The AlN based composites containing SiC particles of different mean grain size have been
obtained by the pressureless sintering. The ceramic material of the composite samples are charac-
terized by thermal conductivity of 37–82 W/(m∙К). The AlN–SiC composite containing the coarser
SiC particles showed the highest value of thermal conductivity being promising as a cutting tool
material.
Введение
В целях повышения механических и теплофизических свойств в состав керамики из
AlN вводят включения SiC, обладающие высокой твердостью и теплопроводностью. Из ли-
тературы известно об исследовании композиционных материалов AlN–SiC, полученных ме-
тодом горячего прессования [1–3]. Композиты, содержащие зерна SiC размером 1-3 мкм,
получены спеканием при атмосферном давлении, т. е. свободным спеканием, при температу-
ре 1870 °C с использованием смеси оксидов Al2O3–Y2O3 (2 % по массе) как активирующей
добавки [4]. Однако в литературе [1–4] отсутствуют данные по теплопроводности получен-
ных материалов, что имеет значение в случае применения керамики системы AlN–SiC в ка-
честве режущего инструмента. Цель данной работы состояла в получении свободным спека-
нием композиционного материала AlN–SiC с использованием частиц карбида кремния раз-
личного среднего размера и измерении теплофизических свойств керамического компози-
ционного материала.
Методика эксперимента
В работе использовали порошок AlN (ДЗХР), содержащий: Al (65,1 %), N (33,3 %), O
(0,5 %), C (0,73 %), Fe (0,02 %), Si (0,006 %), Ni (0,03 %) (по массе). Для активации спекания
порошка AlN использовали оксид иттрия. Образцы композитов изготовляли с применением
порошков SiC (ЗАК, Украина) различной дисперсности. Для приготовления порошковых
систем использовали планетарный активатор МПФ-1 (Гефест, Россия). Полученные холод-
ным прессованием порошковые компакты спекали в печи СШВ 1,25/25-11 в азоте под давле-
нием 0,12 МПа при 1800 °С, выдержка 60 мин. Анализ микроструктуры образцов композитов
проводили на микроскопе TESLA BS340 с использованием программы анализа микрострук-
туры System Energy Analysis V3. Теплопроводность образцов керамических композитов из-
меряли с помощью прибора ИТ3-МХТИ (Новомосковск, Россия) на образцах размером
15151 мм, ошибка измерения составляла 5 %.
Результаты и их обсуждение
Результаты анализа микроструктуры полученных гетерофазных материалов свидетель-
ствуют, что включения SiC равномерно распределены в матричной фазе AlN (рис. 1, а). Раз-
мер зерен матричной фазы AlN – 2–3 мкм. После анализа полученных изображений в харак-
теристическом рентгеновском излучении кремния были получены данные про средний раз-
мер зерен карбида кремния в полученных композитах. Для примера на рис. 1, б приведена
гистограмма распределения зерен по размерам в образце с наиболее крупными включения-
ми зерен SiC (средний размер – 6,7 мкм).
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
412
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,
78
6,
00
11
,2
2
16
,4
5
21
,6
7
26
,9
0
32
,1
2
37
,3
5
Ч
а
с
то
та
,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
120,00%
а б
Рис. 1. Микроструктура шлифа образца композита AlN + 28 % (по массе) SiC со
средним размером зерна 6,7 мкм (а) и распределение зерен в образце (б)
Поскольку теплопроводность керамических образцов зависит от остаточной пористо-
сти, полученные значения эффективного коэффициента теплопроводности были пересчита-
ны на теплопроводность непрерывной керамической фазы по формуле Максвелла–
Эйкена [5]:
= эф(1 + П)/(1 – П),
где λ– теплопроводность непрерывной фазы; λэф – эффективная теплопроводность образцов;
П – пористость образцов (см. таблицу).
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
413
Теплопроводность композитов AlN–SiC
№
п/п
Содержание SiC,
% (по массе)
Средний размер
зерна SiC, мкм эф, Вт/(мК) Пористость,
%
, Вт/(мК)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
16
16
16
20
20
20
24
24
24
28
28
28
32
32
32
34
34
34
35
36
38
50
50
2,3
5,5
6,7
2,3
5,5
6,7
2,3
5,5
6,7
2,3
5,5
6,7
2,3
5,5
6,7
0,3
5,5
6,7
0,3
6,7
6,7
5,5
6,7
46
49
56
49
55
60
54
54
65
53
55
65
50
56
64
37
62
69
35
70
68
58
60
1,6
2,5
2,8
1,8
4,2
3,6
2,2
5,3
4,1
1,6
5,2
3,4
2,1
4,2
3,6
2,9
5,7
5,7
2,6
5,3
9,5
11,0
7,6
47
52
59
51
60
65
57
60
71
55
61
70
52
61
69
39
69
77
37
78
82
76
70
Сравнение полученных значений коэффициента теплопроводности при одинаковом
содержании SiC (см. таблицу) показывает, что с увеличением размера зерен карбида кремния
теплопроводность композитов AlN–SiC увеличивается. Это объясняется уменьшением рас-
сеяния фононного потока на границах раздела фаз нитрида алюминия и карбида кремния
при переносе тепла в полученной композиционной системе AlN–SiC.
Выводы
Керамические материалы AlN–SiC, содержащие зерна карбида кремния различного
среднего размера были получены свободным спеканием. Теплопроводность керамического
материала композитов – 37–82 Вт/(м∙К). Теплопроводность композитов AlN-SiC повышает-
ся с увеличением среднего размера зерна SiC при одинаковом содержании SiC, что важно
для применения таких композитов в качестве материала для режущего инструмента.
Благодарность
Авторы выражают благодарность Ткачу С.В. за помощь в статистической обработке микроскопи-
ческих изображений структуры композитов.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
414
Литература
1. Мельникова В.А., Казаков В.К., Пилянкевич А.Н. Структура керамики системы AlN–
SiC // Порошковая металлургия. – 1988. – № 6. – С. 100-105.
2. Изучение структуры и свойств керамики карбид кремния – нитрид алюминия при вы-
соких температурах / В.А. Мельникова, В.К. Казаков, П.С. Кислый, В.К. Шульженко
// Сверхтвердые материалы. – 1991. – № 2. – С. 33-36.
3. Панов В.С., Гаврилин Р.И., Сердюченко К.Ю. Режущий инструмент для скоростного
резания без охлаждения // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инстру-
мент – техника и технология его изготовления и применения. – Киев: Изд–во ИСМ
им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2004. – С. 232-236.
4. Preparation and characterization of aluminum nitride-silicon carbide composites / I.-L. Tan-
gen, Y. Yu, T. Grande et al. // Ceramics International. – 2004. – 6. – P. 931-938.
5. Kingery W.D., Bowen H.R., Uhlmann D.R. Introduction to Ceramics. – N. Y.: Willey,
1976. – 636 p.
Поступила 02.06.08
|