Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі
  Boron carbide (BC, B15-xCx B4C) has a unique combination of properties. This makes it a material for priority applications for a wide range of engineering solutions. The high melting point and heat resistance of the compound contribute to its use in refractory conditions. Due to its e...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/732 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291895377625088 |
|---|---|
| author | Петрова, В. А. Гарбуз, В. В. Муратов, В. Б. Карпець, М. В. Силінська, Т. А. Кузьменко, Л. Н. Терентьєва, Т. Н. Васильєв, А. А. Мазур, П. В. Хомко, Т. В. |
| author_facet | Петрова, В. А. Гарбуз, В. В. Муратов, В. Б. Карпець, М. В. Силінська, Т. А. Кузьменко, Л. Н. Терентьєва, Т. Н. Васильєв, А. А. Мазур, П. В. Хомко, Т. В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "В. А. Петрова",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "В. В. Гарбуз",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "В. Б. Муратов",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "М. В. Карпець",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "Т. А. Силінська",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "Л. Н. Кузьменко",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "Т. Н. Терентьєва",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "А. А. Васильєв",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "П. В. Мазур",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
},
{
"author": "Т. В. Хомко",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України"
}
] |
| author_sort | Петрова, В. А. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-02-21T13:55:09Z |
| description |  
Boron carbide (BC, B15-xCx B4C) has a unique combination of properties. This makes it a material for priority applications for a wide range of engineering solutions. The high melting point and heat resistance of the compound contribute to its use in refractory conditions. Due to its extreme abrasion resistance, B4C is used as an abrasive powder and coating. Due to its high hardness and low density, B15-xCx has ballistic characteristics. It is usually used in nuclear programs as an absorbent of neutron radiation Boron carbide ceramics (B15-xCx or BC) may lose strength and toughness due to the amorphization effect under high shear stresses. Aluminum dodecaboride AlB12 or B12Al, as well as boron carbide B12 [(CCC) x (CBC) 1-x] have common structural units B12 family of boron-icosahedral structures. The bond between icosahedrons is mainly due to atoms (Al, Si, O) or chains (CMC), where M is Al, Si, B, C. Doping BC powder with a small amount of AlB12, in cases of shock-shear stress, triggers the mechanism of "micro-cracking". Micro cracks and pores are formed in ceramics. The breakdown voltage decreases. AlB12 synthesis is associated with known difficulties. On the other hand. The production of metal-ceramic materials for several decades is associated with the interaction of liquid aluminum and boron nitride. The calculation of this reaction shows that it is exothermic. Avoiding oxidation in vacuum, the reaction occurs through the formation of aluminum nitride and aluminum dodeca-boride. In contrast to the liquid state, the process continues until the end, at conditional temperatures of evaporation of aluminum with slight changes in vacuum. The reaction product is a mixture of nanosized AlN/AlB12 powders with a weight ratio of 3/1 ready for baking without grinding. The acid-base properties of the nanosized powder mixture AlN + AlB12, the products of the interaction BN + Al in vacuum, which are used optionally, emit separate in pure phases of aluminum nitride and aluminum dodeca-boride. The yield of AlB12 is ~ 25%, boron reaches ~ 100%. The average particle size of the AlB12 powders according to TEM and ACS X-rays (area of coherent X-rays scattering), L (nm) is LTEM=110-150nm, LACS=51-70nm. The average specific surface area of the powder according to BET, TEM and ACS, SBET.m2/g=21,0-15,0; STEM.m2/g=21,4-15,4; SACS.m2/g=46,1-33,6; (at 1460 and 1640K, respectively).
  |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2021.13.175 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхня. 2021. Вип. 13(28). С. 175–181 175
UDC 541.1+621.762+546.171.1/27+546.621/.623 doi: 10.15407/Surface.2021.13.175
SPECIFIC SURFACE, CRYSTALITE SIZE OF AlB12-NANO OF
PRODUCTS OF INTERACTION "BN-Al" IN VACUUM
V. A. Petrova, V. V. Garbuz, V. B. Muratov, M. V. Karpets, T. A. Silinska, L. N.
Kuzmenko, T. N. Terentyeva, A. A. Vasiliev, P. V. Mazur, T. V. Khomko
Institute for Problems of Materials Science. I. Frantsevich National Academy of Sciences of
Ukraine, Krzhizhanovsky str., 3 Kyiv, 03680, Ukraine, e-mail: wpetrowa@ukr.net;
Garbuz.v1950Gmail.com
Boron carbide (BC, B15-xCx B4C) has a unique combination of properties. This makes it a
material for priority applications for a wide range of engineering solutions. The high melting
point and heat resistance of the compound contribute to its use in refractory conditions. Due to
its extreme abrasion resistance, B4C is used as an abrasive powder and coating. Due to its high
hardness and low density, B15-xCx has ballistic characteristics. It is usually used in nuclear
programs as an absorbent of neutron radiation Boron carbide ceramics (B15-xCx or BC) may lose
strength and toughness due to the amorphization effect under high shear stresses. Aluminum
dodecaboride AlB12 or B12Al, as well as boron carbide B12 [(CCC) x (CBC) 1-x] have common
structural units B12 family of boron-icosahedral structures. The bond between icosahedrons is
mainly due to atoms (Al, Si, O) or chains (CMC), where M is Al, Si, B, C. Doping BC powder
with a small amount of AlB12, in cases of shock-shear stress, triggers the mechanism of "micro-
cracking". Micro cracks and pores are formed in ceramics. The breakdown voltage decreases.
AlB12 synthesis is associated with known difficulties. On the other hand. The production of
metal-ceramic materials for several decades is associated with the interaction of liquid
aluminum and boron nitride. The calculation of this reaction shows that it is exothermic.
Avoiding oxidation in vacuum, the reaction occurs through the formation of aluminum nitride
and aluminum dodeca-boride. In contrast to the liquid state, the process continues until the end,
at conditional temperatures of evaporation of aluminum with slight changes in vacuum. The
reaction product is a mixture of nanosized AlN/AlB12 powders with a weight ratio of 3/1 ready
for baking without grinding. The acid-base properties of the nanosized powder mixture AlN +
AlB12, the products of the interaction BN + Al in vacuum, which are used optionally, emit
separate in pure phases of aluminum nitride and aluminum dodeca-boride. The yield of AlB12 is
~ 25%, boron reaches ~ 100%. The average particle size of the AlB12 powders according to TEM
and ACS X-rays (area of coherent X-rays scattering), L (nm) is LTEM=110-150nm, LACS=51-70nm.
The average specific surface area of the powder according to BET, TEM and ACS,
SBET.m2/g=21,0-15,0; STEM.m2/g=21,4-15,4; SACS.m2/g=46,1-33,6; (at 1460 and 1640K,
respectively)1.
Keywords: specific surface area, crystallite size, AlB12-nano powders, BN-Al aluminothermy,
vacuum
The work was performed within the framework of NATO ESCD, SPS program No. 5070, "New shock-
resisting boron-based ceramics: computer modeling, production, testing".
176
Introduction
Modern scientific and technological research of impact-resistant materials for over
twenty years remains a priority in the use of reaction components and products of interaction in
the systems: "Al - BN or B15-x Cx [1]" [2 - 8]. The method of vacuum aluminothermy of boron
nitride brings the reaction to an end. A constant mass ratio of reaction products AlN/AlB12=1/3
will not meet production needs. Therefore, the removal of individual compounds from the
reaction mixture is relevant. In this work, we propose acid-base processing of reaction products
prior to the extraction of AlB12 [9]. In the IPM of the NAS of Ukraine, the technology of
obtaining a kilogram amount of a mixture of submicron powder AlN/AlB12=1/3 was first
developed. The practical use of this powder for the above-mentioned needs makes it possible to
partially replace both expensive free boron, modify the charge of refractory carbide B12[(C-В-
C)x(C-C-C)1-x] and to prevent of amorphous decomposition of ceramics. It is essential to
facilitate up to hundreds of degrees of sintering regulations and prolong the operation of graphite
equipment for hot pressing of dense ceramics without compromising the performance of
products.
Materials and research methods
The production of submicron aluminum dodecaboride powders [9, 10] and carbon bonding
products [11] has led to the adaptation of known methods of analysis of borides to a specific
substance, such as AlB12, AlB40C4, AlB12C2, Al8B4C7, or Al4B48C4. These methods include the
determination of the main elements - boron and aluminum, as well as gas-forming and
technological impurities, such as hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon, water hardness elements,
the amount of magnesium and calcium, as well as the presence of iron. If necessary, procedures
for determining impurity phases of free boron, B2O3 and free carbon were tested [12 - 22].
Investigation of the porous structure of the samples was carried out using an ASAP 2000M
(Accelerated Surface Area and Porosimeters System),]. Calculated specific surface by the
method of BET (SBET, m2/g). The method of roentgenography and transmission microscopy
(PEM) in this work was used to determine the phase and size composition of AlB12 crystallites
with using HZG-4A diffractometer, Cu-Kα radiation with a Ni-filter and JEM 100 CX
instruments.
Results and discussions
The interaction products of boron nitride and aluminum are a mixture of powders of aluminum
nitride and aluminum dodecaboride in the mass ratio AlN / AlB12 = 1/3. The chemical properties
of the formed compounds differ slightly in acid-base terms. It was found that the nano-
dimensional state of AlN and AlB12 enhances this difference, which made it possible to develop
regulations for chemical treatment for the selective extraction of individual components of
powders. Complex processing of intermediate technological solutions made it possible to obtain
other useful materials. This applies to powders: AlB12; AlN, as well as γ - Al2O3 and aqueous
ammonia solution as by-products. Analysis of the interaction of synthesis products with mineral
solvents, acids and alkalis are presented in Table 1. The interaction reaction is exothermic.
Vacuum filtration of the precipitate using a Bunsen funnel and a Buchner flask. Washing with
water to pH ~ 5 (universal indicator). Washing with ethanol. Drying at 130oC. Screening.
Packing in dense container.
Extraction of AlB12 was performed by alkaline decomposition of AlN according to the
equation of chemical reaction (1):
177
AlN+AlB12+NaOH+2H2O → Na[Al(OH)4]solution+AlB12↓solid +NH3↑ vapor (1)
Certification of AlB12. The synthesis of four batches of AlB12 powder in the field of
external heating temperatures of the charge "BN+13Al" was carried out in order to determine the
effect of temperature on the average particle size of the powder and the composition of the
obtained aluminum dodecaboride. The results of the analysis of AlB12 powders are presented in
Table 2. The atomic ratio of the main components and the content of gas-forming impurities are
within acceptable limits regarding the quality of the obtained products. The average particle size
(LAlB12) and the specific surface area (SBET, m2/g) of powders were determined and calculated.
The obtained results are presented in the Table 3. The values of LTEM and LACS differ almost
twice. Calculation of the specific surface area (Sspesific, m2/g) of the powder surface and
comparison with SBET values showed that STEM is closer to the experimental values. Moreover,
obviously, the powders are somewhat agglomerated. The conglomerates of which are twice the
minimum size of the average elementary particles of the studied samples (Table 3.)
Table 1. Products of system interaction: "AlB12solid ↓ + 12AlN solid ↓" with water, solutions of
mineral acids and alkali
H2O hot↓ HNO3 solution↓ H2SO4 solution↓ HCl solution↓ NaOH solution↓
AlB12↓ + AlN↓
AlB12 hot↓ dissolved dissolved AlB12 hot↓ AlB12 hot↓
NH3↑gas,
Al(OH)3↓
NH4NO3,
Al(NO3)3
dissolved
NH4)2SO4,
Al2(SO4)3,
dissolved
NH4Cl, AlCl3
dissolved
NH3 ↑gas,
Na[Al(OH)4]
dissolved
Table 2. Chemical (component) composition of AlB12 powders synthesized at temperatures of
1460-1600К
№№ WВ% WAl% Al%ат./В%ат. WC% WО% Σ WEi% Т K
1 81.7 16.5 1/12.4 0.23 0.68 99.1 1463
2 81.9 17.1 1/12.0 0.19 0.72 99.9 1533
3 82.3 16.7 1/12.3 0.18 0.60 99.8 1593
4 81.9 17.2 1/11.9 0.13 0.50 99.7 1643
178
Table 3. Characteristics of the average particle size and specific area of the synthesized AlB12
powders at temperatures of 1460 - 1640K
№ sample
AlB12,
T K
synthesis
The average particle size of
the powder according to TEM
and ACSX-ray, L (nm)
The average specific surface area of the
powder according to BET and calculated
according to TEM and ACSX-ray (Area of
Coherent X-ray Scattering), Sspecific.(m2/g)
LТЕМ L ACS, X-ray SBET
experiment
SBET
experiment
SACS, X-ray
calculated
1 (1460) 110 51 21,0 21,4 46,1
4 (1640) 150 70 15,0 15,7 33,6
ACS - Area of coherent scattering X-ray of a single radiographic reflection hkl, the half-
width of which is calculated by the average particle size of the powder LAlB12;
(SBET, (m2/g)), BET - specific surface area determined by the method of Brunauer S., Emmett P.
H., Teller E. - BET [23 - 25];
STEM, SACS, X-ray - calculated according to LTEM and LACS, X-ray in a cubic orthogonal assumption;
Where: Spart = 6 L2 - the average area of the particle;
Vpart.= L3 - average particle volume;
Npart = 1 10-6/сVpart, where с = 2.55 g/cm3 - the average number of particles in a volume
occupying 1 g of AlB12 powder cm3/с;
where STEM, SACS = Spart npart (m2/g).
X-ray phase analysis is a single-phase product.
Syngony is tetragonal. Spatial group: P41212; P43212; a = 1,016; c = 1,428 (nm), according to
ICDD file No. 12 - 640 [26].
Morphology, according to TEM: transparent tetragonal planar crystals;
- average size: 60 - 40 nm;
- maximum - 100 - 150 nm.
The visual color of the powder is light brown.
The chemical composition and atomic ratio of the mass fractions of aluminum and boron is
WAl/АAl : WB/АВ = 1/11,9, where АAl and АВ are the atomic masses of aluminum and boron;
WO impurities - 0.3 - 0.5%; WN <10-2%; WH <10-2%; WC - 0.2-0.5%; WCa; Mg; Fe; Si <10-2%
(wt.).
The experimentally established hardness (according to Vickers) of the sintered sample - 0.75
AlB12 - 0.25 AlN is 26 ± 2 GPa at kilogram loads [9].
The obtained results indicate a certain stability and relative purity of the component
composition of AlB12 powders in the range of synthesis temperatures 1463 - 1643K. The average
particle size and specific surface area of the powder increases by ~ 22%. AlB12 particles are
somewhat agglomerated. The average size of conglomerates does not exceed 150 nm and is
twice as large as that of elementary particles of aluminum dodecaboride powder. The
characteristics of the certification of aluminum dodecaboride powders are given below.
179
Conclusions
Pure powders of AlB12-nano (40-60nm), AlN-nano (40nm) and г-Al2O3-nano (4.0-
10nm) were synthesized in significant quantities by chemical treatment of boron nitride vacuum
aluminothermy products.
The work was performed within the framework of NATO ESCD, SPS program No. 5070,
"New shock-resisting boron-based ceramics: computer modeling, production, testing".
References
1. Domnich V., Reynaud S., Haber R. A., Chhowalla M. Boron Carbide: structure;
properties; and stability under stress. J. Am. Ceram. Soc. 2011. 94(11): 3605.
2. Stachin J. D., Pyzik A., Carrol D., Prunier A., Allen T. Boron Carbide Aluminum Cermet
is for Pressure Housing Applications. Naval Command, Control and Ocean Surveillance
Center. RDT&E Division, San Diego, California 92152-5000, Technical Report 1574,
September 1992: 192.
3. Yijun Du’, Shuyou Li, K. Zhang’, K. Lu’ BN/Al composite formation by high-energy ball
milling. Scrypta Materialia. 1997. 36(1): 7.
4. Ehsan Ghasali, Masoud Alizadeh, Touradj Ebadzadeh, Amir hossein Pakseresht, Ali
Ranbari. Investigation on microstructural and mechanical properties of B4C–aluminum
matrix composites prepared by microwave sintering. J. Mater. Res. Technol. 2015. 4(4):
411.
5. Agus Pramono, Lembit Kommel, Lauri Kollo, Renno Veinthal. The Aluminum Based
Composite Produced by Self-Propagating High Temperature Synthesis. Materials Science
(Medziagotira). 2016. 22 (1): 1392.
6. Qian Zhao, Yunhong Liang, Zhihui Zhang, Xiujuan Li, Luguan Ren. Microstructure and
Dry-Sliding Wear Behavior of B4C Ceramic Particulate Reinforced Al 5083 Matrix
Composite. Metals. 2016. 6(227). 1; doi: 10.3390/met6090227
7. S. Wu, G. Xiao, L. Xue, L. Xue, M. Zhai, W. Zhu. Solid reaction between Al and B4C.
Canadian Metallurgical Quarterly. 2015. 54(2): 247.
8. Firestein K. L., Steinman F. E., Golovin I. S., Joan Cifre, Obraztsova E. A. , Matveev A.
T., Kovalskii A. M., Lebedev O. I. Fabrication, characterization and mechanical properties
of spark plasma sintered Al – BN nanoparticle composites. Materials Science &
Engineering. 2015. 642: 104.
9. Patent UA, IPC (2016.01), С01В 35/04 (2016.01). Mazur, VB Muratov, VV Garbuz, EV
Kartuzov, OO Vasiliev. Method for obtaining AlB12 aluminum dodecaboride powder. PV -
Patent for utility model №UA107193U; filed 11/26/2015; published 25.05.2016, Bull. № 10.
10. Patent UA IPC (2016.01), С01В 35/04 (2016.01). Mazur, VB Muratov, VV Garbuz, EV
Kartuzov, OO Vasiliev. Impact-resistant ceramics based on aluminum dodecaboride. PV -
№UA107259U; filed 15.12.2015; published 25.05.2016, Bull. № 10.
11. Ahmet Korogly, Derek P. Thompson Production of Ь-AlB12, AlB24C4, AlB12C2 and Al3B48C2
powders in vacuum. Journal of the European Ceramic Society, 2012. 32. 3501.
12. Methods of chemical analysis of boron-containing refractory compounds. Pod. ed. TN
Nazarchuk, Preprint №12, Kiev: IPM AN USSR.1984. 60.
13. Analysis of refractory compounds. Ed. GV Samsonova, M .: GNTILCHTsM, 1962.256
14. .Garbuz V.V. Methods of gas analysis. INORGANIC MATERIAL STUDIES: Encyclopedia.
ed .: in 2 volumes floor. ed. V.V. Skorokhod, G.G. Gnesin. Kiev: Science. Dumka 2008. .1:
Fundamentals of materials science. 858 (Ukrainian)
15. Wasserman A.M., Kunin L.L., Surovoy Yu. N. Determination of gases in metals. The
method of reductive melting in the atmosphere of the carrier gas. M .: Nauka, 1976. 344.
http://www.tandfonline.com/author/Wu%2C+S
http://www.tandfonline.com/author/Xiao%2C+G
http://www.tandfonline.com/author/Xue%2C+L
180
16. V.A. Dubok, V.I. Kornilova, L.E. Pechentkovskaya, E.V. Yukhimenko, G.T. Kabannik, V.V.
Garbuz, G.Z. Omelchenko. Improvement of methods of chemical analysis of refractory
compounds and metal alloys. Kiev: Scientific Opinion, 1988. 40 .
17. GOST 27417-87. Metal powders. Methods for determining oxygen. Publishing House of
Standards. M 1988. 9
18. V.V. Garbuz, M.D. Bega, V.A. Petrova, L.S. Suvorova, L.M. Kuzmenko, S.K Shatskikh
Study of oxidation of industrial powders of boron carbide by methods of chemical analysis
Powder metallurgy. 2014. 7/8. 151(Ukrainian)
19. Zhibak T.M., Boychuk Yu. V., Bardakov B.V., Shkotova L.V., Duda T.I., Muratov V.B.,
Garbuz V..V, Vasiliev O.O., Korpan Ya. I., Biloivan O.A. Carbon nanomaterials:
Investigation of characteristics and use in biosensor technology. Nanoscale systems and
nanomaterials: research in Ukraine. Editorial Board: AG Naumovets (ed.); NAS of Ukraine.
- К: Академпериодика 2014. 768 с. il. ISBN 978-966-360-260-8(Ukrainian)
20. Suvorova L.S., Petrova V.A., Lobunets T.F., Garbuz V.V. Determination of the surface of
graphene-like boron nitride. Proceedings of IPM NAS of Ukraine, Series "Physico-chemical
bases of powder materials technology" Modern problems of physical materials science. Issue
24.Kiev: 2015. 136.
21. Garbuz V.V., Kuzmenko L.M., Suvorova L.S., Petrova V.A., Silinskaya T.A., Shatskikh
S.K. Quantitative determination by the method of selective oxidation of free carbon
nanoforms in boron carbide powders. Powder metallurgy. 2016 1/2. 50.
22. F. Yu. Rachinsky, M.F. Rachinsky. Technique of laboratory works. Leningrad: Khimiya,
198. 432
23. Brunauer S. Adsorption of gases and vapors 1948. 1.783.
24. Poltorak O.M. Thermodynamics in physical chemistry. Higher school. 1991. 319
25. .Karnaukhov A.P. Adsorption. Texture of dispersed and porous materials. // Novosibirsk:
Nauka. 1999. - 470 p.
26. Higashi I, Sakurai T, Atoda T. Crystal structure of a-AlB12 Journal of Solid State Chemistry.
Volume 20, Issue 1 1977. 67.
ПИТОМА ПОВЕРХНЯ, РОЗМІРИ КРИСТАЛІТІВ AlB12-NANO
ПРОДУКТІВ ВЗАЄМОДІЇ "BN-Al" У ВАКУУМІ
В. А. Петрова, В. В. Гарбуз, В. Б. Муратов, М. В. Карпець, Т. А. Силінська, Л. Н.
Кузьменко, Т. Н. Терентьєва, А. А. Васильєв, П. В. Мазур, Т. В. Хомко
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул.
Кржижанівського, 3 Київ,
03680, Украина, e-mail: wpetrowa@ukr.net, Garbuz.v1950Gmail.com
Бору карбід (БК, B15-xCx В4С) має унікальні поєднання властивостей. Це обумовлює
його, як матеріал, щодо пріоритетних застосувань для широкого кола інженерних
рішень. Висока температура плавлення та термостійкість сполуки сприяє до
застосування у вогнетривких умовах. Завдяки надзвичайній стійкості до стирання В4С
використовують, як абразивні порошки та покриття. Завдяки високій твердості та
низькій щільності, B15-xCx відрізняється балістичними характеристиками. Зазвичай, він
використовується в ядерних програмах, як абсорбент нейтронного випромінювання
Кераміка бору карбіду (В15-хСх або БК) при дії високих зсувних напружень може втрачати
https://www.sciencedirect.com/science/journal/00224596
https://www.sciencedirect.com/science/journal/00224596/20/1
mailto:wpetrowa@ukr.net
181
міцність та в’язкість внаслідок ефекту аморфізації. Додекаборид алюмінію AlB12 або
В12Al, як і бору карбід В12[(ССС)x(CBC)1-x] мають спільні структурні одиниці В12
сімейства бор-ікосаедричних структур. Зв'язок між ними відбувається здебільше за
рахунок атомів (Al, Si, O) або ланцюжків, (CMC), де М – Al, Si, B, C. Легування порошку
БК невеликою кількістю AlB12, у випадках ударно-зсувного напруження, запускає механізм
«мікро-крекінгу». Утворюються мікро тріщини та пори (cracks and pores) в кераміці.
Напруга руйнування зменшується. Синтез AlB12 пов’язано з відомими труднощами. З
іншого боку. Виробництво металокерамічних матеріалів протягом декількох десятиліть
пов'язане з взаємодією рідкого алюмінію та нітриду бору. Розрахунок теплоти реакції,
показує, що вона екзотермічна. Уникаючи окислення у вакуумі, реакція відбувається
шляхом утворення нітриду алюмінію та додекабориду алюмінію. На відміну від рідкого
стану, процес триває до кінця, при умовних температурах випаровування алюмінію з
незначними змінами вакууму. Продукт реакції являє собою суміш нанорозмірних порошків
AlN/AlB12 із ваговим співвідношенням 3/1, готових до спікання без подрібнення. Кислотно-
основні властивості нанорозмірної порошкової суміші AlN+AlB12, продуктів взаємодії
BN+Al у вакуумі в чистих фазах нітриду алюмінію та додекабориду алюмінію виділяють
окремо. Вихід AlB12 становить ~ 25%, по бору досягає ~ 100%. Середній розмір частинок
порошків AlB12 за даними TEM та OKP (рентгенівська область когерентного
розсіювання), L (нм) становить LTEM = 110-150 нм, LOKP = 51-70 нм. Середня питома
поверхня порошку за BET, TEM та OKP, SBET.м2/г = 21,0-15,0; STEM. м2/г = 21,4-15,4; SOKP
.м2/г = 46,1-33,6; (при 1460 та 1640K відповідно).
Ключові слова: питома поверхня, розміри кристалітів, порошки AlB12-нано, алюмотермія
"BN-Al", вакуум
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-732 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:44Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/3d/6547427c3d8345a0e8445ca935f7863d.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7322022-02-21T13:55:09Z Specific surface, crystalite size of AlB12-nano of products of interaction "BN-Al" in vacuum Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі Петрова, В. А. Гарбуз, В. В. Муратов, В. Б. Карпець, М. В. Силінська, Т. А. Кузьменко, Л. Н. Терентьєва, Т. Н. Васильєв, А. А. Мазур, П. В. Хомко, Т. В. specific surface area crystallite size AlB12-nano powders BN-Al aluminothermy vacuum питома поверхня розміри кристалітів порошки AlB12-нано алюмотермія вакуум &nbsp; Boron carbide (BC, B15-xCx B4C) has a unique combination of properties. This makes it a material for priority applications for a wide range of engineering solutions. The high melting point and heat resistance of the compound contribute to its use in refractory conditions. Due to its extreme abrasion resistance, B4C is used as an abrasive powder and coating. Due to its high hardness and low density, B15-xCx has ballistic characteristics. It is usually used in nuclear programs as an absorbent of neutron radiation Boron carbide ceramics (B15-xCx or BC) may lose strength and toughness due to the amorphization effect under high shear stresses. Aluminum dodecaboride AlB12 or B12Al, as well as boron carbide B12 [(CCC) x (CBC) 1-x] have common structural units B12 family of boron-icosahedral structures. The bond between icosahedrons is mainly due to atoms (Al, Si, O) or chains (CMC), where M is Al, Si, B, C. Doping BC powder with a small amount of AlB12, in cases of shock-shear stress, triggers the mechanism of "micro-cracking". Micro cracks and pores are formed in ceramics. The breakdown voltage decreases. AlB12 synthesis is associated with known difficulties. On the other hand. The production of metal-ceramic materials for several decades is associated with the interaction of liquid aluminum and boron nitride. The calculation of this reaction shows that it is exothermic. Avoiding oxidation in vacuum, the reaction occurs through the formation of aluminum nitride and aluminum dodeca-boride. In contrast to the liquid state, the process continues until the end, at conditional temperatures of evaporation of aluminum with slight changes in vacuum. The reaction product is a mixture of nanosized AlN/AlB12 powders with a weight ratio of 3/1 ready for baking without grinding. The acid-base properties of the nanosized powder mixture AlN + AlB12, the products of the interaction BN + Al in vacuum, which are used optionally, emit separate in pure phases of aluminum nitride and aluminum dodeca-boride. The yield of AlB12 is ~ 25%, boron reaches ~ 100%. The average particle size of the AlB12 powders according to TEM and ACS X-rays (area of coherent X-rays scattering), L (nm) is LTEM=110-150nm, LACS=51-70nm. The average specific surface area of the powder according to BET, TEM and ACS, SBET.m2/g=21,0-15,0; STEM.m2/g=21,4-15,4; SACS.m2/g=46,1-33,6; (at 1460 and 1640K, respectively). &nbsp; Бору карбід (БК, B15-xCx В4С) має унікальні поєднання властивостей.&nbsp; Це обумовлює його, як матеріал, щодо пріоритетних застосувань для широкого кола інженерних рішень. Висока температура плавлення та термостійкість сполуки сприяє до застосування у вогнетривких умовах. Завдяки надзвичайній стійкості до стирання В4С використовують, як абразивні порошки та покриття. Завдяки високій твердості та низькій щільності, B15-xCx відрізняється балістичними характеристиками. Зазвичай, він використовується в ядерних програмах, як абсорбент нейтронного випромінювання Кераміка бору карбіду (В15-хСх або БК) при дії високих зсувних напружень може втрачати міцність та в’язкість внаслідок ефекту аморфізації. Додекаборид алюмінію AlB12 або В12Al, як і бору карбід В12[(ССС)x(CBC)1-x] мають&nbsp; спільні структурні одиниці В12 сімейства бор-ікосаедричних структур. Зв'язок між ними відбувається здебільше за рахунок атомів (Al, Si, O) або ланцюжків, (CMC), де М – Al, Si, B, C. Легування порошку БК невеликою кількістю AlB12, у випадках ударно-зсувного напруження, запускає механізм «мікро-крекінгу». Утворюються мікро тріщини та пори (cracks and pores) в кераміці. Напруга руйнування зменшується. Синтез AlB12 пов’язано з відомими труднощами. З іншого боку. Виробництво металокерамічних матеріалів протягом декількох десятиліть пов'язане з взаємодією рідкого алюмінію та нітриду бору. Розрахунок теплоти реакції, показує, що вона екзотермічна. Уникаючи окислення у вакуумі, реакція відбувається шляхом утворення нітриду алюмінію та додекабориду алюмінію. На відміну від рідкого стану, процес триває до кінця, при умовних температурах випаровування алюмінію з незначними змінами вакууму. Продукт реакції являє собою суміш нанорозмірних порошків AlN/AlB12 із ваговим співвідношенням 3/1, готових до спікання без подрібнення. Кислотно-основні властивості нанорозмірної порошкової суміші AlN+AlB12, продуктів взаємодії BN+Al у вакуумі в чистих фазах нітриду алюмінію та додекабориду алюмінію виділяють окремо. Вихід AlB12 становить ~ 25%, по бору досягає ~ 100%. Середній розмір частинок порошків AlB12 за даними TEM та OKP (рентгенівська область когерентного розсіювання), L (нм) становить LTEM = 110-150 нм, LOKP = 51-70 нм. Середня питома поверхня порошку за BET, TEM та OKP, SBET.м2/г = 21,0-15,0; STEM. м2/г = 21,4-15,4; SOKP .м2/г = 46,1-33,6; (при 1460 та 1640K відповідно). Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-11-28 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/732 10.15407/Surface.2021.13.175 Surface; No. 13(28) (2021): Surface; 175-181 Поверхность; № 13(28) (2021): Поверхня; 175-181 Поверхня; № 13(28) (2021): Поверхня; 175-181 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2021.13 en https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/732/729 Авторське право (c) 2021 В. А. Петрова, В. В. Гарбуз, В. Б. Муратов, М. В. Карпець, Т. А. Силінська, Л. Н. Кузьменко, Т. Н. Терентьєва, А. А. Васильєв, П. В. Мазур, Т. В. Хомко |
| spellingShingle | питома поверхня розміри кристалітів порошки AlB12-нано алюмотермія вакуум Петрова, В. А. Гарбуз, В. В. Муратов, В. Б. Карпець, М. В. Силінська, Т. А. Кузьменко, Л. Н. Терентьєва, Т. Н. Васильєв, А. А. Мазур, П. В. Хомко, Т. В. Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі |
| title | Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі |
| title_alt | Specific surface, crystalite size of AlB12-nano of products of interaction "BN-Al" in vacuum |
| title_full | Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі |
| title_fullStr | Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі |
| title_full_unstemmed | Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі |
| title_short | Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі |
| title_sort | питома поверхня, розміри кристалітів alb12-nano продуктів взаємодії "bn-al" у вакуумі |
| topic | питома поверхня розміри кристалітів порошки AlB12-нано алюмотермія вакуум |
| topic_facet | specific surface area crystallite size AlB12-nano powders BN-Al aluminothermy vacuum питома поверхня розміри кристалітів порошки AlB12-нано алюмотермія вакуум |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/732 |
| work_keys_str_mv | AT petrovava specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT garbuzvv specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT muratovvb specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT karpecʹmv specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT silínsʹkata specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT kuzʹmenkoln specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT terentʹêvatn specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT vasilʹêvaa specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT mazurpv specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT homkotv specificsurfacecrystalitesizeofalb12nanoofproductsofinteractionquotbnalquotinvacuum AT petrovava pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT garbuzvv pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT muratovvb pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT karpecʹmv pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT silínsʹkata pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT kuzʹmenkoln pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT terentʹêvatn pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT vasilʹêvaa pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT mazurpv pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí AT homkotv pitomapoverhnârozmírikristalítívalb12nanoproduktívvzaêmodííquotbnalquotuvakuumí |