Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору
Boron carbide is a material of interest for personal body armor, but its low fracture toughness and amorphization limits its widespread use. Al and Si atoms in doped boron carbide reduce this problem. Passage of the substitution reaction in boron carbide powders with Al and Si vapors in vacuum was f...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/661 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543945140469760 |
|---|---|
| author | Garbuz, V. V. Sydorenchuk, V. A. Muratov, V. B. Kuzmenko, L. N. Vasiliev, A. A. Mazur, P. V. Karpets, M. V. Khomko, T. V. Silinska, T. A. Terentyeva, T. N. Romanova, L. O. |
| author_facet | Garbuz, V. V. Sydorenchuk, V. A. Muratov, V. B. Kuzmenko, L. N. Vasiliev, A. A. Mazur, P. V. Karpets, M. V. Khomko, T. V. Silinska, T. A. Terentyeva, T. N. Romanova, L. O. |
| author_sort | Garbuz, V. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-03-05T11:15:44Z |
| description | Boron carbide is a material of interest for personal body armor, but its low fracture toughness and amorphization limits its widespread use. Al and Si atoms in doped boron carbide reduce this problem. Passage of the substitution reaction in boron carbide powders with Al and Si vapors in vacuum was found. Certification methods: chemical analysis, full-profile XPA (Powder Cell for Windows. Version 2.4 FREE, W. Kraus & G. Nolze) and modeling in format of the 15-atomic unit cell B12(C-C-C) of trigonal syngony, spatial group R3 ?m, Z = 3. A mixture of powders of boron carbide, aluminum or silicon is heat treated in vacuum at conventional evaporation temperatures of Al (1520 K) or Si (1640 K) for 1–5 h. The samples were purified with alkali and analyzed by arbitration chemical analysis for boron, carbon, aluminum and silicon. The formula composition of the input powders of boron carbide was determined as B12[(C-В-C)x(C-C-C)1-x], where x = 0.4–0.6. The aluminum substitution reaction takes place in both types of boron carbide chains and corresponds to the formula B12(C-Al-C) or AlB12C2. In the presence of silicon, the reaction took place exclusively at the positions of the tri-carbon chains. The composition of the obtained solid solution corresponds to - B12[(C-B-C)0.4(C-Si-C)0.6], starting powder B12[(C-B-C)0.4(C-C-C)0.6]. The absence of boron phases of silicide, such as SiB3 (SiB2.89), SiB6, SiBn (n ? 23) indicated greater resistance of C–B–C chains to interaction with vaporous Si. The content of Al and Si in the substituted phases is equal to 13.3 and 4.0 (% at.). Equivalent molar amounts of Al8B4C7 and SiC of gas-nano-phase origin were measured in the reaction products with vapor-like Al and Si. The area of tolerance chains of the boron carbide structure in the format of the average specific electronegativity (?N-Sh/rai) was found. It is in the range of values: 2.79 ? ССС ? СВС ? CSiC ? ВВС ? 2.18. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:48Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-661 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:29Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6612023-03-05T11:15:44Z Location of Al and Si atoms in substituted boron carbide Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору Garbuz, V. V. Sydorenchuk, V. A. Muratov, V. B. Kuzmenko, L. N. Vasiliev, A. A. Mazur, P. V. Karpets, M. V. Khomko, T. V. Silinska, T. A. Terentyeva, T. N. Romanova, L. O. Al Si атоми розташування заміщені порошки бору карбід область толерантності структура Al Si atoms location substituted powders boron carbide area of tolerance structure Boron carbide is a material of interest for personal body armor, but its low fracture toughness and amorphization limits its widespread use. Al and Si atoms in doped boron carbide reduce this problem. Passage of the substitution reaction in boron carbide powders with Al and Si vapors in vacuum was found. Certification methods: chemical analysis, full-profile XPA (Powder Cell for Windows. Version 2.4 FREE, W. Kraus & G. Nolze) and modeling in format of the 15-atomic unit cell B12(C-C-C) of trigonal syngony, spatial group R3 ?m, Z = 3. A mixture of powders of boron carbide, aluminum or silicon is heat treated in vacuum at conventional evaporation temperatures of Al (1520 K) or Si (1640 K) for 1–5 h. The samples were purified with alkali and analyzed by arbitration chemical analysis for boron, carbon, aluminum and silicon. The formula composition of the input powders of boron carbide was determined as B12[(C-В-C)x(C-C-C)1-x], where x = 0.4–0.6. The aluminum substitution reaction takes place in both types of boron carbide chains and corresponds to the formula B12(C-Al-C) or AlB12C2. In the presence of silicon, the reaction took place exclusively at the positions of the tri-carbon chains. The composition of the obtained solid solution corresponds to - B12[(C-B-C)0.4(C-Si-C)0.6], starting powder B12[(C-B-C)0.4(C-C-C)0.6]. The absence of boron phases of silicide, such as SiB3 (SiB2.89), SiB6, SiBn (n ? 23) indicated greater resistance of C–B–C chains to interaction with vaporous Si. The content of Al and Si in the substituted phases is equal to 13.3 and 4.0 (% at.). Equivalent molar amounts of Al8B4C7 and SiC of gas-nano-phase origin were measured in the reaction products with vapor-like Al and Si. The area of tolerance chains of the boron carbide structure in the format of the average specific electronegativity (?N-Sh/rai) was found. It is in the range of values: 2.79 ? ССС ? СВС ? CSiC ? ВВС ? 2.18. Карбід бору є цікавим матеріалом для індивідуальних бронежилетів, але його низька в'язкість призводить до руйнування та аморфізації, що обмежують його широке використання. Атоми Al і Si в дифузійно легованому карбіді бору зменшують цю проблему. Встановлено проходження реакції заміщення в порошках карбіду бору парами Al і Si у вакуумі. Методи сертифікації: хімічний аналіз, повно-профільний РФА (Powder Cell for Windows 2.4 FREE, W. Kraus & G. Nolze) та розрахунок формули у форматі 15-атомної елементарної комірки B12(C–C–C) тригональної сингонії, просторової групи R3 ?m, Z = 3. Суміш порошків бору карбіду, алюмінію або силіцію термічно обробляли у вакуумі при умовних температурах випаровування Al (1520 K) або Si (1640 K) протягом 1–5 год. Зразки очищали лугом і аналізували арбітражним хімічним аналізом на бор, карбон, алюміній та силіцій. Формульний склад вхідних порошків карбіду бору визначено як B12[(C-В-C)n (C-C-C)1-n], де n = 0.4–0.6. Реакція заміщення алюмінію відбувається в обох типах ланцюгів карбіду бору і відповідає формулі B12(C-Al-C) або AlB12C2. В присутності силіцію реакція відбувалася виключно в положеннях три-карбонових ланцюгів. Формула отриманого твердого розчину з порошку складу B12[(C-B-C)0,4(C-C-C)0,6] відповідає - B12[(C-B-C)0.4(C-Si-C)0.6]. Відсутність фаз силіцидів бору, таких як SiB3 (SiB2.89), SiB6, SiBn (n ? 23), свідчить про більшу стійкість ланцюгів C–B-C до взаємодії з паро-подібним Si. Вміст Al і Si в заміщених фазах дорівнює 13.3 і 4 (% ат.), відповідно. Виміряно еквівалентні молярні кількості Al8B4C7 і SiC газо-нано-фазного походження в продуктах реакції з пароподібними Al і Si. Встановлено область толерантності структури карбіду бору у форматі середньої питомої електро-негативності ланцюжків (?N-Sh/rai), що знаходиться в діапазоні значень: 2.79 ? ССС ? СВС ? CSiC ? ВВС ? 2.18 одиниць (?N-Sh/rai). Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-02-25 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/661 10.15407/hftp14.01.076 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 1 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 76-82 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 1 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 76-82 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 1 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 76-82 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/661/676 Copyright (c) 2023 V. V. Garbuz, V. A. Sydorenchuk, V. B. Muratov, L. N. Kuzmenko, A. A. Vasiliev, P. V. Mazur, M. V. Karpets, T. V. Khomko, T. A. Silinska, T. N. Terentyeva, L. O. Romanova |
| spellingShingle | Al Si атоми розташування заміщені порошки бору карбід область толерантності структура Garbuz, V. V. Sydorenchuk, V. A. Muratov, V. B. Kuzmenko, L. N. Vasiliev, A. A. Mazur, P. V. Karpets, M. V. Khomko, T. V. Silinska, T. A. Terentyeva, T. N. Romanova, L. O. Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору |
| title | Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору |
| title_alt | Location of Al and Si atoms in substituted boron carbide |
| title_full | Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору |
| title_fullStr | Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору |
| title_full_unstemmed | Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору |
| title_short | Розташування атомів Al та Si у заміщеному карбіді бору |
| title_sort | розташування атомів al та si у заміщеному карбіді бору |
| topic | Al Si атоми розташування заміщені порошки бору карбід область толерантності структура |
| topic_facet | Al Si атоми розташування заміщені порошки бору карбід область толерантності структура Al Si atoms location substituted powders boron carbide area of tolerance structure |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/661 |
| work_keys_str_mv | AT garbuzvv locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT sydorenchukva locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT muratovvb locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT kuzmenkoln locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT vasilievaa locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT mazurpv locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT karpetsmv locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT khomkotv locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT silinskata locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT terentyevatn locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT romanovalo locationofalandsiatomsinsubstitutedboroncarbide AT garbuzvv roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT sydorenchukva roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT muratovvb roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT kuzmenkoln roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT vasilievaa roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT mazurpv roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT karpetsmv roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT khomkotv roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT silinskata roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT terentyevatn roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru AT romanovalo roztašuvannâatomívaltasiuzamíŝenomukarbídíboru |