Спекание под высоким давлением керамики на основе нитрида

СПЕКАНИЕ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ КЕРАМИКИ
НА ОСНОВЕ НИТРИДА КРЕМНИЯ
Урбанович В.С.1, Vlajic M.D.2, Krstic V.D.2, Чуевский А.В.1,
Турбинский С.С.1, Ничипор В.В.1
1
Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси
220072, Минск, ул. Бровки, 17
2
Centre for Manufacturing of Advanced Ceramics and Nanomaterials
Queen's University, Kingston, Ontario, Canada K7L 3N6
Керамика на основе нитрида кремния является перспективным материалом для высокотемпературного применения: деталей газовых турбин, режущего инструмента и т.п. Использование высоких давлений позволяет интенсифицировать процесс ее спекания и за счет
получения мелкозернистой структуры материала обеспечить повышение ее физикомеханических характеристик. Однако информация о свойствах таких композитов ограничена.
Целью данной работы являлось исследование физико-механических свойств композитов Si3N4-Al2O3-Y2O3 различного состава на основе нитрида кремния, в том числе и с добавками AlN (4,7 %), CeO2 (6 масс. %) и TiN (27 и 40 масс. %), спеченных при давлениях до 4
ГПа и температурах 1500-1900 оС.
В качестве исходного использовался порошок -Si3N4. Для удаления адсорбированных на поверхности частиц газов заготовки перед спеканием подвергали вакуумному отжигу. Спекание осуществляли в устройстве высокого давления типа наковальни с углублениями. Исследованы плотность, твердость HV30 и трещиностойкость K1C (нагрузка 300 Н) спеченных образцов в зависимости от температуры спекания.
С помощью рентгеновской дифракции установлено, что во всех композитах, спекаемых при температурах 1600оС и выше, -Si3N4 превращается в -Si3N4. Характерным для
всех спеченных образцов является наличие аморфной фазы. Показано, что с увеличением
температуры спекания в исследованном диапазоне трещиностойкость керамики возрастает.
Композиты на основе Si3N4-TiN, содержащие 10 масс. % связки Al2O3-Y2O3, имеют наиболее
высокую трещиностойкость 8,95 МПа.м1/2 и твердость 15,5-17 ГПа в зависимости от температуры спекания. Полученная керамика перспективна в качестве режущего материала.
Работа выполнялась при финансовой поддержке программы НАТО "Наука во имя мира" (грант № 973529) и ГПОФИ "Наноматериалы и нанотехнологии".