Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния
Разработан альтернативный традиционным технологиям способ изготовления высокоплотных керамических изделий на основе самосвязанного карбида кремния, заготовки которых формуются методом шликерного литья термопластичных масс под давлением. Обоснован состав полифракционной шихты и разработаны новые сост...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63355 |
| 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: | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния / А.Л. Майстренко, В.Г. Кулич, В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 1. — С. 18-35. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859818305151303680 |
|---|---|
| author | Майстренко, А.Л. Кулич, В.Г. Ткач, В.Н. |
| author_facet | Майстренко, А.Л. Кулич, В.Г. Ткач, В.Н. |
| citation_txt | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния / А.Л. Майстренко, В.Г. Кулич, В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 1. — С. 18-35. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Разработан альтернативный традиционным технологиям способ изготовления высокоплотных керамических изделий на основе самосвязанного карбида кремния, заготовки которых формуются методом шликерного литья термопластичных масс под давлением. Обоснован состав полифракционной шихты и разработаны новые составы временных связующих с реологическими свойствами, обеспечивающими высокую плотность изделий.
Авторы приносят искреннюю благодарность д. ф.-м. н. Кущу Владимиру Ивановичу за плодотворное сотрудничество и активную помощь при проведении настоящего исследования.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:23:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 18
А. Л. Майстренко, В. Г. Кулич, В. Н. Ткач (г. Киев)
Формирование высокоплотной структуры
самосвязанного карбида кремния
Разработан альтернативный традиционным технологиям спо-
соб изготовления высокоплотных керамических изделий на основе самосвязанно-
го карбида кремния, заготовки которых формуются методом шликерного литья
термопластичных масс под давлением. Обоснован состав полифракционной
шихты и разработаны новые составы временных связующих с реологическими
свойствами, обеспечивающими высокую плотность изделий.
Ключевые слова: керамика, самосвязанный карбид кремния, би-
нарная смесь порошков, фракции, парциальное соотношение, плотность.
За последние 40 лет высокопрочная конструкционная кера-
мика на основе тугоплавких соединений прочно вошла в нашу повседневную
жизнь — начиная от простых скальпелей, биоимплантатов, износостойких
уплотнений, сопел, клапанов и компрессионных колец двигателей внутренне-
го сгорания, теплозащитных элементов, подшипников и до ответственных
деталей современной авиакосмической техники. В перечисленных сферах
применения керамические материалы проявляют в первую очередь экстре-
мально высокие триботехнические и теплозащитные свойства, твердость,
стойкость к воздействию агрессивных сред и т. д. Но есть области примене-
ния, в которых изделия из конструкционной керамики предназначены вы-
держивать интенсивные динамические нагрузки — это ударостойкие прегра-
ды, призванные эффективно противостоять поражающему воздействию
стрелкового оружия, в частности, в бронежилетах и бронеэлементах транс-
портных средств.
Многочисленные конструкции современных ударостойких преград, соз-
данные за последние десятилетия во многих странах, выпускают с использо-
ванием различных высокопрочных композиционных и металлических мате-
риалов, соответствующих разным классам баллистической защиты согласно
ГОСТ Р52080—2003 (РФ) [1], ДСТУ В 4103—2002 (Украина) [2], NIJ 0101—
04 (США) [3]. Так, в частности, в Украине разработаны и изготавливаются
бронежилеты различных классов баллистической защиты, в том числе из
арамидных тканей (I—II классов защиты), c бронеэлементами из специаль-
ных сталей и сплавов (II—III классов защиты). Однако, если кинетическая
энергия, сообщаемая пуле современным огнестрельным оружием, превышает
величину 2,0—2,5 кДж, проблема создания ударостойких преград выходит за
рамки ординарной, поскольку в этом случае необходимо учитывать не только
механику динамического взаимодействия металлического бойка с преградой,
обусловливающего многообразие механизмов трансформации кинетической
энергии пули в другие виды энергии, но и материаловедческие аспекты соз-
дания материала самой преграды, оказывающей сопротивление контактному
взаимодействию. На протяжении последних десятилетий эту проблему реша-
ли путем применения бронеэлементов, изготовленных из специальных марок
высокопрочных сталей и сплавов, а затем из различных керамических мате-
риалов (табл. 1) [4, 5]. Совершенствование методов порошковой металлургии
© А. Л. МАЙСТРЕНКО, В. Г. КУЛИЧ, В. Н. ТКАЧ, 2009
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 19
в области горячего прессования тугоплавких соединений позволило произво-
дить керамические ударостойкие элементы для бронежилетов III—IV классов
защиты, например, 6Б5-15 (Ирпенский комбинат “Перемога”, Украина) и
“Корсар-5” (НПП ТЕМП-3000, Украина). Многолетний опыт производства и
эксплуатации ударостойких преград с керамическими бронеэлементами, на-
копленный до настоящего времени в мире, показывает, что наиболее эффек-
тивными и надежными остаются бронеэлементы, изготовленные из карбида
бора, а также оксида алюминия или материалов на их основе (см. табл. 1).
Таблица 1. Физико-механические свойства материалов,
применяемых и перспективных для создания
ударостойких преград
Материал, условия
спекания
Плотность ρ,
г/см3
Твердость
HV, ГПа
Модуль
упругости Е, ГПа
Трещиностойкость
KIc, MПа⋅м1/2
B4C, ГП 2,52 25 430 3,5
K1 (> 60 % B4C), ГП 2,42 10 210 3,7
Al2О3, СС 3,50 18 350 3,7
B6 (Al2O3 ≤ 98 %), СС 3,86 12 340 3,4
T1 (Al2O3 > 86 %), СС 3,14 11 175 2,5
SiC, ГП 3,20 25 425 4,4
SiC—Si, РС 3,12 20 413 4,6
Примечание. СС — свободное спекание; ГП — горячее прессование; РС — реакционное
спекание.
Отметим, что при условии равнозначности основных баллистических ха-
рактеристик ударостойких преград, изготовленных из различных металличе-
ских, композиционных или керамических материалов, в качестве критериев
выбора материала преграды принимают во внимание такие характеристики,
как масса бронеэлемента, технологичность и себестоимость его производст-
ва. При этом, несмотря на превышение плотности оксидной керамики над
плотностью карбида бора, что сказывается на весе бронеэлемента, все же она
для многих мировых производителей этой специализированной продукции
остается привлекательной в коммерческом плане. Последнее обусловлено
тем, что ее производство свободным спеканием намного технологичнее и
проще, а следовательно, дешевле изделий из карбида бора, спекаемых мето-
дом горячего прессования в пресс-формах из высокоплотного графита (на-
пример, типа МПГ-7), долевая стоимость которых в себестоимости изделия
может достигать 70 %, либо методом газостатического спекания в весьма
дорогостоящих и малодоступных газостатах с большими объемами рабочей
камеры.
Хотя в настоящее время методами порошковой металлургии получают не-
сколько десятков модификаций материалов на основе карбидов бора и крем-
ния или оксида алюминия, далеко не все из них могут быть использованы в
качестве эффективных средств поглощения кинетической энергии пули при
высокоскоростном соударении. Это связано, прежде всего, с тем, что исполь-
зуемый в преграде материал, будучи достаточно твердым, прочным и легким,
должен при разрушении поглощать значительную долю кинетической энер-
гии пули, остающуюся после пластической деформации и разогрева прони-
кающего стального сердечника [5]. В настоящее время в наибольшей степени
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 20
этим требованиям, кроме карбидов бора и оксида алюминия, соответствуют
керамические материалы на основе карбида кремния (см. табл. 1).
Свойства керамики — плотность, твердость, модуль упругости и трещи-
ностойкость определяют в процессе динамического соударения пули с пре-
градой, т.е. при реализации таких механизмов, как пластические деформации
стального сердечника пули, дисперсность фрагментов разрушения керамики
и волновые процессы внутри керамической части преграды, трансформи-
рующие основную долю кинетической энергии пули [5]. Поэтому эти харак-
теристики и обусловили разработку и применение керамических материалов
на основе карбида кремния в составе комбинированных керамико-
композиционных бронеэлементов. Плотности керамического материала уде-
ляется особое внимание, так как она предопределяет все вышеперечисленные
свойства. В [6] было экспериментально установлено, что ударостойкая пре-
града на основе керамического элемента из самосвязанного карбида кремния
эффективно противостоит упомянутым факторам воздействия, начиная с
плотности 3,05 г/см3. Свойства изделий, спеченных из этого практически
беспористого материала, очень чувствительны к фазовому и фракционному
составу исходных смесей, их дисперсности и масштабному фактору, что на
практике открывает большие технологические возможности получения кар-
бидо-кремниевых материалов со свойствами, которые соответствуют функ-
циям изделий рассматриваемого класса. Важным фактором, свидетельст-
вующим в пользу выбора именно самосвязанного карбида кремния, является
и то, что технологическое оборудование для его спекания, как правило, менее
энергоемко и более доступно по сравнению с оборудованием для горячего
прессования, так как процесс реакционного спекания реализуется в индукци-
онных печах, имеющих большой объем реакционной зоны.
Научные основы технологии реакционного спекания карбида кремния раз-
работаны уже более 40 лет назад И. Н. Францевичем и Г. Г. Гнесиным [7],
К. Тэйлором [8] и П. Поппером [9]. Для формирования структуры материала
этого типа была использована очень прогрессивная идея — сращивание дис-
кретных зерен первичного карбида кремния вторичным карбидом кремния,
образующимся в процессе реакционного спекания, в результате чего образу-
ется прочный карбидный каркас. Для реализации этой идеи Г. Г. Гнесиным
впервые была предложена пропитка шихты спиртовым раствором бакелита с
последующим холодным формованием заготовки [7, 10, 11]. После полиме-
ризационного отжига в объеме заготовки сохраняется до 60 % свободного
углерода от объемной доли, занимаемой бакелитом в формовочной массе.
Однако применение бакелита в качестве временного связующего, позволяю-
щее сохранять пластичность брикета и осуществлять деформацию заготовки
(формование под давлением 50 МПа [12, 13]) имеет ограничения, обуслов-
ленные высокой вязкостью формовочной смеси на бакелите. Это накладывает
существенные ограничения на способы формования изделий сложной формы
и больших габаритов, так как в этом случае необходимы дорогостоящие
стальные пресс-формы и мощное прессовое оборудование. Здесь следует
также учитывать известный эффект трения формовочной смеси о стенки
пресс-формы, обусловливающий неравномерность уплотнения смеси в заго-
товке, а следовательно, и неравномерность плотности в объеме спеченного
изделия. Затем следует стадия силицирования брикета, в процессе которой
жидкая фаза кремния инфильтрирует с поверхности внутрь изделия и вступа-
ет в реакцию со свободным углеродом, образуя вторичный карбид кремния,
который сращивает зерна исходного карбида кремния, образуя прочный кар-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 21
кас. Однако, поскольку “кажущаяся плотность” сформованной таким образом
заготовки с ламповой сажей и коксом, образованным из бакелита, находится
на уровне 1,7—1,9 г/см3, то в заготовке после реакционного спекания остает-
ся еще 41—47 % пор. Поры затем заполняются инфильтруемой жидкой фазой
кремния, которая частично вступает в реакцию с углеродом, но все же в
структуре изделия сохраняется относительно высокое содержание свободно-
го кремния. Анализ структуры самосвязанного карбида кремния, полученно-
го описанным выше способом, дает основание полагать, что причина относи-
тельно невысокой плотности изделий (табл. 2) — недостаточно плотная упа-
ковка зерен первичного карбида кремния еще на стадии формования заготов-
ки. Этому препятствует большое (до 20 %) количество ламповой сажи и, как
следствие, наличие значительного количества несвязанного кремния (рис. 1).
Таким образом, описанная технология, при всей ее простоте и технологично-
сти, имеет ограниченные возможности получения высокоплотных крупнога-
баритных изделий из самосвязанного карбида кремния с однородной плотно-
стью по объему.
Таблица 2. Состав шихты с временным связующим, метод спекания
и свойства керамики на основе SiC
Состав шихты,
размер зерна SiC,
метод спекания
Удельный вес (“кажущаяся
плотность”) брикета
заготовки после коксования,
г/см3; объемная
концентрация SiC (в скобках)
Плотность
спеченного
изделия ρ,
г/см3
Модуль
упруго-
сти Е,
ГПа
SiC; SiC — 98 % (1 мкм),
AlN — 2 %; ГП
— 3,19 420
SiC + бакелит + Si; SiC:
18 % (400 мкм), 38 % (200 мкм),
24 % (80 мкм); ламповая сажа —
20 % [12, 13]
(ТУ 14-1-4972—91); РС
1,7—1,8
(0,529—0,591)
2,8—3,0 380
SiC + парафин + Si; SiC:
28 % (50 мкм), 25 % (28 мкм), 25 %
(5 мкм);
графит — 12 %; РС
1,8
(0,591)
3,03 392
SiC + парафин с нефтяным крекин-
гом (11 %) + Si; SiC:
44 % (50 мкм), 45 % (3 мкм); РС
2,3
(0,716)
3,09 411
SiC + парафин с коксом
(10 %) + Si; SiC: 64 % (50 мкм),
25 % (3 мкм); РС
2,34
(0,729)
3,12 413
SiC + парафин с нефтяным
крекингом (11 %) + Si;
SiC: 55 % (50 мкм),
35 % (3 мкм); РС
2,42
(0,754)
3,15 418
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 22
Спектр C O Si Fe
1 26,55 2,51 70,49 0,45
2 27,64 2,39 69,04 0,93
3 28,15 3,69 66,84 1,33
4 7,54 2,07 89,98 0,41
5 6,64 1,45 91,91
6 5,97 1,07 92,96
7 25,02 9,66 34,46 30,86
8 27,22 11,22 20,01 41,55
9 26,09 10,37 45,82 17,72
Max 28,15 11,22 92,96 41,55 70 мкм
Min 5,97 1,07 20,01 0,41
Рис. 1. Структура изделия из реакционноспеченного карбида кремния с бакелитом (10—
11 % (по весу)), фракционный состав шихты: SiC — 18 % с размером зерен 400 мкм,
38 % — 200 мкм; 24 % — 80 мкм, ламповая сажа — 20 % [12, 13], ТУ 14-1-4972—91;
удельный вес заготовки — 1,7 г/см3; плотность спеченого изделия ρ = 2,99 г/см3.
Спектр C O Si Fe
1 34,05 3,33 61,45 1,17
2 33,83 4.32 59,96 1,88
3 33,80 2,23 63,37 0,60
4 4,81 1,24 93,95
5 7,52 1,08 91,40
6 5,58 1,27 93,15
7 34,92 65,08
8 34,17 65,83
Max 34,92 4,32 93.95 1,88
90 мкм
Min 4,81 1,08 59,96 0,60
Рис. 2. Структура реакционноспеченного карбида кремния, полученного из заготовки
отлитой шликером, состоящим из шихты (SiC — 28 % с размером зерен 50 мкм, 25 % —
28 мкм, 25 % — 5 мкм, графит — 12 %) с парафином (10 % (по весу); удельный вес
заготовки после коксования — 1,8 г/см3; плотность изделия после силицирования —
3,03 г/см3.
Чтобы определить наивысшие достигнутые значения плотности, твердо-
сти и модуля упругости, которые можно достигнуть, консолидируя дисперс-
ный порошок карбида кремния, в данной работе было выполнено горячее
прессование карбида кремния по аналогии с горячим прессованием карбида
бора в графитовых пресс-формах. Фракционный состав спекаемой шихты:
98 % SiC (размер зерен — 1 мкм), 2 % AlN. Спекание материала осуществля-
ли в течение 20 мин под давлением 30 МПа при температуре 2150 °С. Его
плотность и модуль упругости приведены в табл. 2. Структура горячепрессо-
ванного карбида кремния однородна, а плотность и твердость изделий дости-
гают значений 3,19 г/см3 и 25 ГПа соответственно. Однако относительно низ-
кая производительность этого технологического процесса и высокая себе-
стоимость изделий из такой керамики не позволяют ориентироваться на дан-
ную технологию для массового производства бронеэлементов. Поэтому
весьма привлекательна и перспективна керамика на основе самосвязанного
карбида кремния, физико-механические свойства которой немногим уступа-
ют свойствам карбида бора (см. табл. 1, 2), но ее производство способом ре-
акционного спекания более технологично и относительно малозатратно.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 23
Проблема повышения технологичности реакционного спекания и сниже-
ния себестоимости изделий из самосвязанного карбида кремния, позволяю-
щая изготавливать изделия сложной формы и больших габаритов, была ре-
шена в Институте сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины
посредством развития известного в порошковой металлургии метода шли-
керного литья под давлением [14, 15] в процессе формования заготовки изде-
лия из термопластичной массы, содержащей шихту карбида кремния. Разра-
ботанные составы временного связующего на основе парафина, пчелиного
воска и олеиновой кислоты и углеродосодержащих добавок позволили суще-
ственно снизить вязкость горячего шликера и, следовательно, реализовать
весьма технологичный процесс шликерного литья заготовок сложной формы
и больших габаритов [15]. Следует отметить, что технология шликерного
литья практически полностью устраняет эффект влияния трения формовоч-
ной массы о стенки литейной формы, так как формование происходит горя-
чим шликером, находящемся в жидком состоянии под гидростатическим
давлением 0,6—0,8 МПа. Это обусловливает получение отливки с равномер-
ной плотностью по объему. Однако на протяжении длительного периода не
удавалось добиться плотности материала изделий, получаемых таким спосо-
бом, более 3 г/см3 по тем же причинам, которые были описаны выше при
анализе структуры самосвязанного карбида кремния на бакелитовой связке
(см. рис. 2). Хотя полученные свойства спеченной таким образом керамики
вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к керамическим мате-
риалам, эксплуатируемым в трибологических конструкциях или в запорной
арматуре, но, как уже отмечалось выше, основным критерием пригодности
керамики для бронеэлементов являются высокие значения плотности и твер-
дости. Поэтому перед авторами стояла задача — разработать технологиче-
ский процесс формирования структуры керамики на основе реакционноспе-
ченного карбида кремния, заготовки которой формуются методом шликерно-
го литья, но при этом плотность изделий должна быть не менее 3,1 г/см3.
Ввиду того, что плотность изделия из самосвязанного карбида кремния
зависит от удельного веса брикета порошковой смеси карбида кремния, ко-
личества свободного углерода в заготовке и содержания свободного (несвя-
занного) кремния в изделии, исследования были направлены на повышение
удельного веса порошковой смеси карбида кремния в заготовках, формуемых
шликерным литьем, и минимизацию содержания свободного кремния в
структуре спеченного изделия, что, в конечном счете, направлено на повы-
шение плотности и иных физико-механических свойств этого материала.
Увеличения удельного веса заготовки можно достичь, как известно, более
плотной упаковкой брикета под прессом высокого давления либо используя
полифракционные порошковые смеси. Рассмотрим результаты оптимизации
фракционного состава исходной смеси порошков карбида кремния и состава
временного связующего. Отметим, что если формование заготовки брикета в
технологии “бакелизации” происходит при давлении 50 МПа [12, 13], при
инжекционном формовании — 7—10 МПа, то в процессе шликерного литья
заготовка формуется подачей шликера в полость литейной формы при давле-
нии 0,6—0,8 МПа. Этого давления, очевидно, недостаточно для переориента-
ции зерен или тем более их частичного дробления. Удельный вес отлитых
таким образом заготовок после удаления связки составлял только 1,7—
1,8 г/см3 (объемная концентрация SiC — 0,52—0,56), после силицирования
плотность спеченных изделий была почти такой же как после “бакелиза-
ции”— 2,95—3,03 г/см3 (см. табл. 2), что явно недостаточно для изделий вы-
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 24
шеуказанного назначения. Анализ структуры спеченного изделия, заготовка
которого была отлита шликером на парафиновой связке, практически не от-
личается от структуры изделия на бакелитовой связке, т. е. такая же значи-
тельная доля объема заполнена кремниевой фазой (см. рис. 2). Таким обра-
зом, можно предположить, что плотность материала изделия зависит не
столько от типа временного связующего формовочной смеси, сколько от
объемной концентрации карбида кремния, которая определяется, в первую
очередь, плотностью упаковки зерен порошков карбида кремния еще на ста-
дии формования заготовки брикета. Следовательно, плотность материала
изделия можно увеличить повышением плотности упаковки порошковой
смеси в брикете.
Обсудим некоторые теоретические аспекты факторов, определяющих
плотность упаковки частиц в объеме. Вначале рассмотрим упаковку частиц
совершенной формы, которую исследовал МакГирри [16]. Он показал, что
максимальная объемная концентрация сферических частиц монофракционно-
го состава достигает величины V = 0,625 (рис. 3). Лиу Ш. и Ха Ж. показали,
что предельно возможные упаковки частиц, имеющих сферическую форму,
достигают значения объемной концентрации V = 0,62, кубическую и цилинд-
рическую форму — 0,57 и 0,37 соответственно [17]. Бакуль В. Н. показал, что
объемная концентрация частиц (зерен порошка синтетического алмаза) окта-
эдрической и кубооктаэдрической формы не превышает V = 0,48 [18]. В на-
стоящей работе при изготовлении порошковых смесей использовали порош
ки карбида кремния зеленого марки 64С (ГОСТ 26 327—84) зернистостью
120, 100, 50, 28, 20, 5 и 1 мкм, форма которых и шероховатость их поверхно-
стей далеки от совершенства, так как эти порошки производят посредством
дробления с последующей классификацией. Для перечисленных фракций (в
монофракционном составе) были определены значения насыпной плотности
(табл. 3).
1 10 100
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
d
1
/d
2
V
1
2
3
Рис. 3. Влияние формы и соотношения размеров зерен в бинарной смеси фракций порошка
на объемную концентрацию их упаковки: 1 — экспериментальные и расчетные данные (по
МакГирри) объемной концентрации бинарной смеси частиц сферической формы; 2 —
экспериментальные данные относительной плотности брикета бинарной смеси порошков
карбида кремния, полученных методом шликерного литья; 3 — экспериментальные дан-
ные объемной концентрации бинарной смеси порошков карбида кремния в брикете, полу-
ченном методом прессования в закрытой пресс-форме.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 25
Таблица 3. Насыпная плотность и объемная концентрация порошков
различной зернистости
Зернистость
порошка, мкм
Значение медианы грануло-
метрического распределения
размеров, мкм
Насыпная
плотность по-
рошка, г/см3
Объемная
концентрация V
1 1,7 0,92 0,286
5 3,8 1,26 0,392
20 15,4 1,17 0,364
50 41,1 1,56 0,486
80 99,5 1,55 0,483
100 110,9 1,54 0,48
Отметим, что полученные значения насыпной плотности значительно
меньше плотности упаковки частиц сферической формы монофракционного
состава, как, впрочем, меньше насыпной плотности всех остальных частиц
вышеупомянутых совершенных форм [16, 17].
Рассмотрим факторы влияния полифракционности состава шихты и пар-
циального отношения долей фракций на плотность упаковки бинарных по-
рошковых смесей. Так, МакГирри [16] на основании экспериментальных
данных, дополнив известное уравнение C. Фурнаса, построил эмпирическое
уравнение, которое описывает зависимость изменения величины объемной
концентрации V бинарной смеси сферических частиц диаметрами d1 и d2 (d1 ≥
d2) от величины отношения их приведенных диаметров d1/d2 (см. рис. 3):
V = V2 – (V1 – V2) exp [0,25(1 – d1/d2 )],
где V1 и V2 — объемная концентрация фракций бинарной порошковой смеси.
МакГирри также показал, что при соотношении диаметров сферических час-
тиц d2/d1 → 0 V стремится к максимуму заполнения объема равному 0,84 (см.
рис. 3, кривая 1). МакГирри теоретически обосновал [16], что объемная кон-
центрация V бинарной смеси порошков асимптотически приближается к мак-
симуму при отношении диаметров частиц ≥ 20 (см. рис. 3). Аналогичные
исследования в этом направлении проводили также Ю. П. Дыбань и его кол-
леги, исследуя влияние фракционного состава и парциальных долей порош-
ков в формовочных смесях на свойства самосвязанного карбида кремния [12].
Они утверждали, что для получения высокоплотного материала достаточно
ограничиться двумя фракциями карбида кремния, имеющими соотношение
размеров зерен d1/d2 = 7—10. Нами была построена зависимость объемной
концентрации бинарной смеси порошков карбида кремния от величины от-
ношения приведенных размеров фракций этих порошков. Полученная зави-
симость также асимптотически приближается к максимуму при d1/d2 ≥ 20. Но
в отличие от максимально достижимой (V = 0,84) плотности упаковки сфери-
ческих частиц максимальное значение относительной плотности брикетов,
отлитых шликером, содержащим бинарную смесь порошков карбида кремния с
временным связующим (парафин), достигает 0,75 (см. рис. 3, кривая 2), а бри-
кетов после отгонки связующего — 0,62 (см. рис. 3, кривая 3).
Как было уже показано выше, увеличения плотности упаковки шихты в
заготовках достигают заполнением пустот между твердыми частицами по-
рошка частицами более мелких фракций. Фундаментальные теоретические
исследования самой высокой плотности упаковки полифрационных смесей
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 26
порошков различных зернистостей и форм показывают, что на плотность
заполнения объема оказывает существенное влияние не только соотношение
размеров частиц фракций или их форм, но и соотношение их парциальных
долей [16, 17, 19]. Так, Ш. Лиу и Ж. Ха экспериментально определили [17],
что максимальные объемные концетрации бинарных смесей сферических и
кубических частиц достигали значений 0,72—0,78 и 0,61 соответственно (при
30 %-ной доле мелкодисперсной фазы), цилиндрических — 0,60 (при 40 %-
ной доле мелкодисперсной фазы), т. е. максимумы объемной концентрации
бинарной смеси частиц различной формы (сферы, цилиндры и кубы) наблю-
даются, когда парциальная доля второй фракции (меньшего размера) нахо-
дится в диапазоне 30—40 %. В результате компьютерного моделирования
влияния парциального соотношения долей фракций бинарной смеси порошка
V2/V1 для различных (1 ≤ d1/d2 ≤ 100) отношений размеров частиц в [19, 20]
было установлено, что максимум объемной концентрации достигается при
соотношении долей фракций V2/V1 = 3:7 = 0,429. Аналогичные исследования
проводили также в [12, 13]. Было показано, что наибольшие прочностные
показатели для среднезернистого самосвязанного карбида кремния получены,
когда V2/V1 изменялось в диапазоне от нуля до 1,222.
Авторами были исследованы свойства более 100 составов полифракцион-
ных смесей, содержащих порошки карбида кремния с размерами от 1 до
120 мкм. Построена зависимость объемной концентрации бинарной смеси
порошков карбида кремния (d1 = 50 и d2 = 3 мкм, d1/d2 = 16,66) от величины
отношения парциальных долей фракций (рис. 4). Рассмотрим удельную плот-
ность отлитых брикетов после удаления связки с различным парциальным
отношением долей фракций порошков V2/V1 = 0,125 и 0,636. Так, при 10 %-
ном содержании временного связующего (парафина) и отношении размеров
зерен фракций d1/d2 = 16,66 (состав шихты: SiC — 80 и 10 % зернистостью 50
и 5 мкм соответственно, т. е. отношение парциальных долей фракций V2/V1 =
1:8 = 0,125) удельная плотность отлитых брикетов после удаления связки
равна 1,787 г/см3 (т. е. объемная концентрация карбида кремния — 0,557), а
для состава шихты: SiC — 55 и 35 % зернистостью 50 и 5 мкм соответственно
(т. е. V2/V1 = 7:11 = 0,636) достигает 2,314 г/см3 (0,721), что подтверждается
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
V
2
/V
1
ρ, г/см3
Рис. 4. Влияние соотношения парциальных долей фракций зерен бинарной смеси по-
рошков карбида кремния на изменение удельного веса брикетов после удаления времен-
ного связующего.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 27
также и сравнением общего вида структуры полученных брикетов (рис. 5, а,
б). В результате отметим, что объемная концентрация карбида кремния в
брикетах, отлитых шликером с бинарной смесью порошков карбида кремния
(зернистостью 50 мкм) и мелкодисперсной фракций (зернистостью 3 мкм),
достигает максимума при парциальном отношении долей V2/V1 = 3:5 = 0,6
(V1 = 0,625, V2 = 0,375). Практическое применение установленного фракцион-
ного состава шликера, разработанной связки и технологии ее отгонки позво-
ляют получать крупногабаритные, однородные и плотные заготовки изделий
сложных форм массой до 50 кг.
20 мкм
а
20 мкм
б
Рис. 5. Структура брикетов, отлитых шликером, состоящим из полифракционной шихты
карбида кремния с парафином, после отгонки временного связующего; cостав шихты: SiC
— 80 % с размером зерен 50 мкм, 10 % — 5 мкм; ρ = 1,9 г/см3 (а), SiC — 55 % с размером
зерен 50 мкм, 35 % — 5 мкм; ρ = 2,314 г/см3 (б).
Также проводили эксперименты по определению плотности заготовок с
трех- и четырехфракционными составами шихты. В частности, установлено,
что смесь порошков, содержащая в равном (по 22,5 % (по массе)) количестве
четыре фракции с размерами зерен 120, 50, 20 и 5 мкм при 10 %-ном содер-
жании связки, позволяет получать заготовки с плотностью несколько боль-
шего уровня — 2,30—2,33 г/см3 (0,716—0,726), но такие составы существен-
но усложняют технологический процесс подготовки шликера с равномерным
распределением фракций.
Для формования заготовок были исследованы свойства шликеров разных
составов, содержащих добавки углерода различного происхождения (от 5 до
12 % от массы порошка карбида кремния). В качестве углеродных добавок в
составе шликера использовали электродный, особо чистый и чешуйчатый
графит, древесный и нефтяной кокс и др. Установлено, что оптимальное со-
держание связки в шликере составляет 9—10 % (по массе), что позволяет
получать шликер, имеющий вязкость при температуре 90 °С, не превышаю-
щую 10—11 Па⋅с (рис. 6). Это дает основание полагать, что вязкость разрабо-
танного шликера (в зависимости от содержания нефтяного парафина марки
В2 (ГОСТ 23683—89) в связке) существенно меньше вязкости шликеров на
основе уже известных связок.
К особенности разработанного способа приготовления связки следует от-
нести то, что после плавления парафин подвергают термообработке на возду-
хе при температуре около 180 °С. Длительность процесса термообработки,
установленная экспериментально, определяется скоростью изменения вязко-
сти расплава парафина, которая, в свою очередь, зависит от интенсивности
притока воздушного потока к расплаву, скорости перемешивания и темпера-
туры термообработки. В результате термообработки, продолжительность
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 28
которой, как правило, не превышает 12—14 ч, парафин окисляется, становясь
поверхностно-активным, обеспечивая тем самым высокие реологические
свойства шликера. Как следует из рис. 6, собственная вязкость предложенно-
го авторами временного связующего при 90 °С равна 3,45 Па⋅с, что сущест-
венно меньше вязкости известных связок. Тогда вязкость готового шликера
на парафиновой связке не превышает 11 Па⋅с (см. рис. 6). Далее шликер ин-
тенсивно перемешивают в универсальных мешалках пропеллерного типа
различной емкости — 4 , 40 или 200 л в вакууме в течение суток при темпе-
ратуре около 90 °С (рис. 7, а) [21]. Следует учитывать, что при шликерном
литье дополнительное введение крупных зерен не приводит к желаемому
результату, так как последние, осаждаясь за время перемешивания в нижней
части бункера мешалки, приводят впоследствии к существенной неоднород-
ности шликера, а следовательно, и заготовки изделия. Также было установ-
лено, что введение в состав шликера графитового наполнителя, независимо
от его природы, приводит к необходимости введения некоторого дополни-
тельного количества связки вследствие низкой смачиваемости наполнителя
парафином. Это влечет за собой и снижение плотности заготовки.
Заготовки формовали в специально изготовленных разборных литейных
формах (см. рис. 7, б), которые собирали непосредственно перед процессом
литья и, с целью обеспечения однородности отливки по объему, их предвари-
тельно нагревали до температуры 35—40 °С. После сборки формы процесс
литья производили под давлением 0,6 МПа и при постоянной температуре
шликера. Время заполнения формы, в частности, при отливке плит, не пре-
вышает 10—20 с (в зависимости от их размеров). Процесс литья заканчивали
выдержкой изделия в форме при том же давлении до полного окончания про-
цесса кристаллизации шликера и компенсации усадки после охлаждения за-
готовки. После охлаждения технологического узла до комнатной температу-
ры литейную форму разбирали и заготовку извлекали.
90 92 94 96 98 100
10
12
14
16
18
20
В
яз
к
ос
ть
с
вя
зк
и
, ×
1
03 П
а
с
В
яз
ко
ст
ь
ш
ли
ке
ра
, П
а
с
Содержание парафина, % (по массе)
0
2
4
6
8
10
2
1
Г
В
Б
А
Рис. 6. Зависимость вязкости связки шликера (1) и готового шликера (2) от массового
содержания парафина: А — связка на основе пчелиного воска (6 %) и олеиновой кислоты
(3 %); Б — связка с добавкой только олеиновой кислоты (5 %); В и Г — связки на основе
парафина.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 29
а
б
Рис. 7. Мешалка пропеллерного типа с
подогревом шликера (а) и отливка заготов-
ки пластины в литейной форме (б).
Удаление связки из заготовки изделия осуществляли посредством нагрева
в муфельной печи в присутствии адсорбентов при температуре 120 °С. В
результате протекания так называемого процесса ”выпотевания” расплавлен-
ная связка выходит из заготовки в засыпку адсорбентов через множество
капиллярных каналов, образованных межзеренными пространствами. Из-
лишне быстрый нагрев приводит к формированию перепада температуры по
толщине заготовки и, следовательно, к неравномерной интенсивности испа-
рения связки, что может привести к избыточному внутрикапиллярному дав-
лению и формированию градиента напряжений, превышающих предел проч-
ности материала на растяжение, т. е. привести к разрушению заготовки. Про-
веденные авторами исследования показали, что при нагреве заготовок со
скоростью, превышающей 200 град/ч, вследствие неравномерного разогрева
внутренних и внешних слоев происходило разрушение крупногабаритных
заготовок, если их толщина превышала 14 мм. В то же время, при достаточно
медленном нагреве заготовки также могли разрушаться, но только при тем-
пературах 50—60 °С и 130—170 °С, которые соответствуют переходам связ-
ки из твердого в жидкое состояние и из жидкого в газообразное. После вы-
равнивания температуры по объему изделия процесс отгонки связки стабили-
зировался (с выдержкой заготовки при 200 °С), а количество удаляемой связ-
ки в единицу времени после 3 или 8 ч было практически одинаковым. Это
говорит о наличии возможности управления температурным градиентом на
протяжении всего процесса отгонки связки. В связи с этим за основу техно-
логического процесса был принят циклический поэтапный режим удаления
связки, согласно которому заготовку вначале укладывали в форму из глино-
зема c толщиной стенки не менее 15 мм, после чего производили нагрев печи
до температуры 120—130 °С. Достигнутую температуру поддерживали в те-
чение нескольких часов. Описанный процесс повторяли в течение трех дней,
до тех пор, пока количество удаляемой связки за один цикл составляло около
40 %. Окончательную отгонку связки из заготовок изделий осуществляли в
индукционной печи в закрытом графитовом тигле в графитовой засыпке.
Нагрев при этом осуществляли в два этапа, на первом из которых заготовку в
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 30
течение нескольких часов нагревали до температуры ∼ 800 °С. После вы-
держки при достигнутой температуре производили дополнительный нагрев
заготовки до температуры около 1800—1900 °С. По окончании выдержки при
указанной температуре заготовку извлекали из графитового тигля и после
очистки определяли ее гидростатическую плотность и другие физико-
механические свойства.
Еще одним фактором, увеличивающим плотность заготовок, является про-
питка заготовок после отгонки временного связующего углеродосодержащи-
ми материалами, такими как органические смолы с высокими коксовыми
числами, в частности, крекинговые остатки, гудрон, спиртовые растворы
бакелитовых лаков и т. п. Так, в результате сжигания (отгонки) нефтяного
кокса получаем практически 100 % остаточного углерода, бакелита — до
60 %, нефтяного крекинга — до 40 % и парафина — до 1 %. Пропитка заго-
товок углеродосодержащими материалами предшествует процессу силициро-
вания. В случае пропитки спиртовым раствором бакелитового лака необхо-
димую концентрацию находили, исходя из того, что при содержании бакели-
та более 40—45 % пропитка брикета из-за вязкости раствора была затрудне-
на, а при концентрациях лака, меньших, чем 40 %, наблюдали уменьшение
концентрации углерода в брикете. Следует отметить, что технологические
приемы, направленные на повышение пропитывающей способности раствора
путем повышения температуры, рекомендуемые в некоторых литературных
источниках, в нашем случае не достигали цели, поскольку из-за увеличения
скорости испарения спирта заметно повышалась концентрация бакелитового
лака и процесс пропитки замедлялся. Продолжительность инфильтрации
раствора ограничивали 24-мя часами. При длительности выдержки заготовок
в растворе бакелитового лака меньше указанной наблюдали неравномерность
пропитки, которую обнаруживали обычно после сушки или спекания, когда
оставшийся в объеме заготовки воздух приводил к нарушению однородности
свойств материала и его сплошности. Процесс сушки пропитанных раство-
ром бакелитового лака заготовок осуществляли в сушильном шкафу, нагре-
вая их в воздушной среде в течение одного часа до температуры около 80 °С.
Затем температуру нагрева повышали до 200 °С. После часовой выдержки
при достигнутой температуре следовало достаточно длительное охлаждение
заготовки до комнатной температуры. Для коксования бакелита или углеро-
досодержащих добавок в заготовке после сушки ее нагревали в муфельной
печи в среде азота до температуры 450—500 °С, осуществляя при этом про-
межуточные выдержки. После выдержки заготовки в течение часа при мак-
симальной температуре ее охлаждали до комнатной температуры. Такая тех-
нологическая процедура приводит впоследствии к повышению содержания
вторичного карбида кремния, так как дополнительная доля углерода связыва-
ет и большую долю вводимого при силицировании кремния. Как уже отмече-
но выше, в результате снижения содержания свободного кремния происходит
заметное повышение плотности материала изделия (см. табл. 2). При этом вес
кокса, выделенного из крекингового остатка, достигал 5 % от общей массы
заготовки. Применяя описанный технологический режим, удалось добиться,
что доля углерода, который остается, составляет 60—70 %.
И, наконец, одним из последних принципиальных моментов процесса,
оказывающих существенное влияние на плотность изделия из самосвязанно-
го карбида кремния, является силицирование брикета после его науглерожи-
вания, в ходе которого заготовка подвергается пропитке жидкой фазой крем-
ния в среде СО—СО2 при температуре 2150—2200 °С. Силицирование изде-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 31
лий производили жидкой фазой кристаллического кремния марки КР-0
(ГОСТ 2169—69). Движущей силой процесса спекания с физической точки
зрения является уменьшение свободной поверхностной энергии порошковой
системы в результате образования в замкнутом объеме спекаемого изделия
непрерывного каркаса карбида кремния с большой площадью участков кон-
такта. Формированию последнего способствует, в основном, растворение
углерода в расплавленном кремнии и изотермический перенос его к карбид-
ным зернам через расплав под действием градиента концентраций, опреде-
ляемого избыточной межфазной энергией и капилярным давлением в порах.
Создаваемое в результате этого переноса пересыщение углерода на поверх-
ности частиц SiC приводит к формированию вторичного карбида кремния,
образующего жесткий карбидный скелет и содержащего остаточную крем-
ниевую фазу, представляющую собой твердый раствор углерода в кремнии
(5—15 %) (см. рис. 1, 2, 8—10).
Спектр C O Si Fe
1 11,92 1,04 87,04
2 15,82 1,44 82,74
3 13,67 1,21 84,74 0,38
4 29,96 70,04
5 33,62 1,63 64,08 0,66
6 30,43 1,12 68,46
7 33,77 2,44 63,20 0,58
8 36,03 3,16 59,86 0,95
9 36,33 2,78 60,20 0,69
Max 36,33 3,16 87,04 0,95
90 мкм Min 11,92 1,04 59,86 0,38
Рис. 8. Структура реакционноспеченного карбида кремния, полученного из заготовки,
отлитой шликером, состоящим из шихты (SiC — 44 % с размером зерен 50 мкм, 45 % —
3 мкм) и парафина с крекингом (11 % (по весу)); удельный вес заготовки после коксования
— 2,3 г/см3; плотность изделия после силицирования — 3,09 г/см3.
Спекание и силицирование керамики проводили в печи с индукционным
нагревом, оснащенной терристорным преобразователем частоты ТПЧВ-250
мощностью 250 кВт и частотой возбуждения индуктора 2400 Гц. Изделие
помещали непосредственно на дно графитового тигля и располагали верти-
кально с целью уменьшения вероятности его прихватывания к внутренней
поверхности тигля (рис. 11). На основании ряда проведенных экспериментов
по получению керамических изделий и исследованию их свойств был уста-
новлен оптимальный режим спекания, заключающийся в равномерном нагре-
ве изделий до температуры 1400 °С с последующей выдержкой при достиг-
нутой температуре. Дальнейший нагрев изделий до температуры спекания
осуществляли с интенсивностью около 200 град/ч. Еще одна выдержка при
достижении температуры спекания предназначена для выравнивания термо-
упругих напряжений в объеме спекаемых изделий.
Таким образом, практическое применение разработанной связки и техно-
логия ее отгонки позволяют отливать изделия, не только не уступающие по
плотности изделиям, получаемым в закрытых пресс-формах, но и превосхо-
дящие их по плотности и габаритам. Последний факт имеют большое прак-
тическое значение при производстве крупногабаритных керамических изде-
лий сложного профиля, использующихся в многослойных ударостойких пре-
градах [22, 23].
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 32
Спектр C O Si
1 13,59 1,24 85,17
2 29,69 70,31
3 29,88 70,12
4 35,27 7,45 57,28
5 29,25 4,79 65,96
6 17,67 2,94 79,39
7 30,77 2,85 66,39
Max 35,27 7,45 85,17
40 мкм Min 13,59 1,24 57,28
Рис. 10. Структура реакционноспеченного карбида кремния, полученного из заготовки
отлитой шликером, состоящим из шихты (SiC — 64 % с размером зерен 50 мкм; 25 % —
3 мкм) и парафина с крекингом (11 % вес.); удельный вес заготовки после коксования —
2,42 г/см3; плотность изделия после силицирования — 3,15 г/см3.
Было установлено, что образование вторичного карбида кремния зависит,
прежде всего, от температуры и продолжительности термообработки, тогда
как величина реакционной поверхности и реакционная способность углерода
относятся уже к вторичным факторам. Кроме того, установлено, что проч-
ность и модуль упругости реакционноспеченного карбида кремния определя-
ется не только объемным содержанием фаз, но и прочностью межграничных
прослоек и размерами зерен. Прочность керамики зависит также и от уровня
остаточных технологических напряжений, которые возникают в результате
термоупругого несоответствия фаз, входящих в состав композиции. На рис.
8—10 приведена структура спеченных изделий из самосвязанного карбида
кремния, исследованная с помощью электронного микроскопа “Carl Zeiss
Ultra 55”. На приведенных рисунках выделены также участки, в которых по-
лучены спектры характеристического излучения, в частности, области пер-
вичного и вторичного карбида кремния, а также кремниевой фазы. Из анали-
за состояния структуры (см. рис. 8—10) следует, что с увеличением плотно-
сти упаковки заготовки с 2,3 до 2,42 г/см3 количество кремниевой фазы в
структуре силицированного изделия заметно уменьшилось. Рентгеновский
микроанализ с использованием энергодисперсионного анализатора рентге-
10 мкм
Рис. 9. Структура реакционноспеченного карбида кремния, полученного из заготовки
отлитой шликером, состоящим из шихты (SiC — 55 % с размером зерен 50 мкм и 35 % —
3 мкм) и парафина с коксом (10 % (по весу)); удельный вес заготовки после коксования —
2,34 г/см3; плотность изделия после силицирования — 3,12 г/см 3.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 33
новских спектров INCA-450
и химический анализ (по
ГОСТ 26564.2—85) состава
материала готовых изделий
подтвердили, что в получен-
ных материалах объемная
концентрация SiC увеличена
с 0,85 [12, 13, ТУ 14-1-
4972—91] до 0,92—0,94, а
содержание свободного крем-
ния уменьшено с 12 до 6—
8 %. На приведенных рисун-
ках также виден сформиро-
ванный карбидный каркас,
придающий необходимую
жесткость и прочность спе-
ченным изделиям.
В структуре материала обнаружены в незначительном количестве приме-
си в виде свободных металлов и их соединений, попадающие в структуру
основного материала с исходными порошками карбида кремния или с други-
ми компонентами, такими как углерод и кремний, а также вносимые в про-
цессе изготовления изделий в результате намола с элементов конструкций
мельниц, мешалок или пресс-форм. Ввиду того, что примесные фракции ха-
рактеризуются низкой температурой плавления и высоким температурным
расширением, они располагаются обычно в виде компактных скоплений по
границам зерен карбида кремния, снижая тем самым физико-механические
свойства материала в целом. Одним из актуальных направлений совершенст-
вования технологии шликерного литья является частичное или по возможно-
сти полное избавление от вредных примесей, что особенно актуально для
изделий из конструкционной керамики, разрушение которых обычно проис-
ходит по типу “слабого звена”, определяющего уровень трещиностойкости
материала.
Заключение
В результате проведенного цикла исследований разработан альтернатив-
ный традиционным технологиям способ изготовления керамических пластин
для ударостойких преград на основе реакционноспеченного карбида кремния,
заготовки которых формуют методом шликерного литья термопластичных
масс под давлением. Установлено, что плотность изделий из самосвязанного
карбида кремния может достигать величин 3,12—3,15 г/см3 при отличии раз-
меров зерен фракций порошков карбида кремния более чем в 20 раз и отно-
шении парциальных долей крупно- и мелкодисперсной фракций как 5:3. Оп-
ределен оптимальный полифракционный состав шихты и разработаны новые
составы временных связующих на основе парафина с высокими реологиче-
скими свойствами, позволяющие получать однородные изделия с высокой
плотностью, модулем упругости от 400 до 418 ГПа и твердостью от 20 до
22 ГПа. В соответствии с разработанной технологией в Институте сверхтвер-
дых материалов НАН Украины изготовлены пластины размером
50×50×10 мм (массой до 65 г) для создания блоков мозаичного типа и моно-
блочные плиты размером 300×260×10 мм (массой до 2,3 кг) с радиусом кри-
визны 600 мм, отвечающие принятым стандартам [1—3] и предназначенные
Рис. 11. Расположение керамических панелей внутри
графитового тигля в индукционной печи перед реак-
ционным спеканием.
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 34
для применения в многослойных
керамико-композиционных ударо-
стойких преградах (рис. 12).
Авторы приносят искреннюю
благодарность д. ф.-м. н. Кущу Вла-
димиру Ивановичу за плодотворное
сотрудничество и активную помощь
при проведении настоящего иссле-
дования.
1. ГОСТ Р 52080—2003. Средства инди-
видуальной бронезащиты. Термины и
определения. — Введ. 01.04.2004. —
М.: Изд-во стандартов, 2003.
2. ДСТУ-В-4103—2002. Засоби індивіду-
ального захисту. Бронежилети. Загаль-
ні технічні умови. — 1997. — 17 с.
3. NIJ Standart 0101.04, US. Ballistic Resis-
tant of Personal Body Armor. — Department of Justice, National Institute of Justice, USA,
2000. — 57 p.
4. Neshpor V. S., Zaitsev G. P., Maystrenko A. L. et al. The armour ceramics ballistic efficiency
evaluation // Abstr. 8th CIMTEC-World Ceramics Congress and Forum on New Materials,
Florencia, Italy, June 28—July 4, 1994. — Р. 102.
5. Rozenberg O. A., Maystrenko A. L., Kulich V. G., Shestakov S. I. Peculiarities of manufactur-
ing and properties of high-density silicon carbide — based armored ceramics // Proc. 5th Int.
Armament Conf., Waplevo, Poland, 2004. — Р. 11.
6. Вишняков Л. Р., Мазна О. В., Нешпор А. В. та ін. Вплив конструктивно-технологічних
факторів на властивості високоенергостійких бронеелементів на основі кераміки //
Пробл. прочности. — 2004. — № 6. — С. 128—135.
7. А. с. 176070 СССР. Способ изготовления огнеупорного материала / И. Н. Францевич,
Г. Г. Гнесин, Ю. Н. Семенов и др. — Опубл. 26.02.65, Бюл. № 21.
8. Pat. 3205043 US. Cold molden silicon carbide articles and methods of making the same /
K. M. Taylor. — Publ. 07.09.65.
9. Pat. 3275722 US. Prodution of dense bodies of silicon carbide / P. P. Рорper. — Publ.
27.09.66.
10. Гнесин Г. Г., Дыбань Ю. П. Гидростатическое прессование карбидокремниевых масс,
предназначенных для реакционного спекания // Огнеупоры.— 1973. — № 4. — С. 70—
72.
11. Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы. — М.: Металлургия, 1977. — 215 с.
12. Дыбань Ю. П., Сичкарь З. В., Шипилова Л .А. Влияние фракционного состава формо-
вочных смесей на свойства самосвязанного карбида кремния // Порошк. металлургия.
—1982. — № 6. — С. 16—23.
13. Дыбань Ю. П. Структурно-технологические аспекты прочности самосвязанного кар-
бида кремния (СКК) / (Препр. НАН Украины. 98-1), ИПМ им. И. Н. Францевича НАН
Украины, Киев, 1998. — 64 с.
14. Добровольский А. Г. Шликерное литье. — М.: Металлургия, 1967. — 174 с.
15. А. с. 707311 СССР. Связующее для термопластичного шликера / И. П. Криворучко,
В. К. Казаков, П. С. Кислый. — Опубл. 31.10.78, Бюл. № 48.
16. McGeary R. K. Mechanical packing of spherical particles // J. Amer. Ceram. Soc. — 1961.
— 44. — P. 513—522.
17. Ха Shijie Liu, Zhanyao Ha. Prediction of random packing limit for multimodal particle mix-
ture // Powder Technology. — 2002. — 126. — P. 283—296.
18. Бакуль В. Н. Число зерен в одном карате — одна из важнейших характеристик алмаз-
ного порошка // Синт. алмазы. — 1976. — Вып. 4. — С. 22—27.
19. Takashi Itoh, Yoshimoto Wanibe, Hiroshi Sakao. Relation between packing density and
particle size distribution in random packing models of powders // J. Inst. Metals. — 1986. —
50, N 8. — P. 740—746.
Рис. 12. Готовые керамические плиты.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 1 35
20. Kansal A. R., Torquato S., Stillinger F. H. Computer generation of dense polydisperse sphеre
packings // J. Chem. Phys. — 117, N 18. — 2002. — P. 8212—8218.
21. А. с. 1613153 СССР, МКИ4 В 01 F 9/16. Устройство для приготовления смеси / Л. С. Го-
лубяк, В. Г. Кулич. — Опубл. 15.02.90, Бюл. № 46.
22. Подоба А. П., Голубяк Л. С., Кулич В. Г., Оситинская Т. Д. Микроструктура и некото-
рые физико-механические свойства керамики из карбида кремния // Сверхтв. материа-
лы. — 1986. — № 6. — С. 18—20.
23. Новиков Н. В., Кулич В. Г., Майстренко А. Л. Альтернативный способ спекания кера-
мических бронеплит на основе карбидов бора и кремния // Тез. докл. Второй между-
нар. выставки-конференции “Керамика-99”. — Киев, 1999. — С. 61.
Ин-т сверхтвердых материалов Поступила 19.11.08
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63355 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:23:41Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Майстренко, А.Л. Кулич, В.Г. Ткач, В.Н. 2014-05-31T15:58:52Z 2014-05-31T15:58:52Z 2009 Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния / А.Л. Майстренко, В.Г. Кулич, В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 1. — С. 18-35. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63355 Разработан альтернативный традиционным технологиям способ изготовления высокоплотных керамических изделий на основе самосвязанного карбида кремния, заготовки которых формуются методом шликерного литья термопластичных масс под давлением. Обоснован состав полифракционной шихты и разработаны новые составы временных связующих с реологическими свойствами, обеспечивающими высокую плотность изделий. Авторы приносят искреннюю благодарность д. ф.-м. н. Кущу Владимиру Ивановичу за плодотворное сотрудничество и активную помощь при проведении настоящего исследования. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния Майстренко, А.Л. Кулич, В.Г. Ткач, В.Н. Получение, структура, свойства |
| title | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния |
| title_full | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния |
| title_fullStr | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния |
| title_full_unstemmed | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния |
| title_short | Формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния |
| title_sort | формирование высокоплотной структуры самосвязанного карбида кремния |
| topic | Получение, структура, свойства |
| topic_facet | Получение, структура, свойства |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63355 |
| work_keys_str_mv | AT maistrenkoal formirovanievysokoplotnoistrukturysamosvâzannogokarbidakremniâ AT kuličvg formirovanievysokoplotnoistrukturysamosvâzannogokarbidakremniâ AT tkačvn formirovanievysokoplotnoistrukturysamosvâzannogokarbidakremniâ |