Модифицирование карбидо-кремниевой керамики иерархическими системами «многослойные углеродные нанотрубки - кремний»

Модифицирование карбидо-кремниевой керамики иерархическими системами «многослойные углеродные нанотрубки - кремний»

Автор: Заворин А. В., Мосеенков С. И., Серкова А. Н., Кузнецов В. Л.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации

Статья в выпуске: 4 т.16, 2023 года.

Бесплатный доступ

С использованием метода реакционного спекания под давлением были получены образцы пористой керамики на основе карбида кремния. В качестве связующего использовали мелкокристаллический кремний в совокупности с многослойными углеродными нанотрубками (МУНТ) с нанесенными частицами кремния. Давление при прессовании составляло 30 МПа, температура варьировалась в диапазоне 1420-1480 °C, содержание МУНТ от 0 до 4 масс. % и связующего Si от 20 до 25 масс. %. Структура полученной керамики исследована методами оптической и растровой электронной микроскопии. Были установлены основные закономерности формирования структуры спеченной модифицированной керамики в зависимости от условий проведения спекания. Методом трёхточечного изгиба были исследованы физико-механические свойства полученных образцов

Еще

Sic-керамика, многослойные углеродные нанотрубки, растровая электронная микроскопия, реакционное спекание, метод трёхточечного изгиба

Короткий адрес: https://sciup.org/146282639

IDR: 146282639

Список литературы Модифицирование карбидо-кремниевой керамики иерархическими системами «многослойные углеродные нанотрубки - кремний»

  • Oguntuyi S. D. et al. Improvement on the fabrication OF SiC materials: Processing, reinforcing phase, fabricating route – A review. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 2022.
  • Xu M. et al. Recent advances and challenges in silicon carbide (SiC) ceramic nanoarchitectures and their applications. Materials Today Communications, 2021, 28.
  • Khodaei M., Yaghobizadeh O., Naghavi Alhosseini S. H., Esmaeeli S., Mousavi S. R. The effect of oxide, carbide, nitride and boride additives on properties of pressureless sintered SiC: A review. Journal of the European Ceramic Society, 2019, 39(7), 2215–2231.
  • Zhang W. Tribology of SiC ceramics under lubrication: Features, developments, and perspectives. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2022, 26(4).
  • Гаршин А.П., Кулик В. И., Нилов А. С. Ударопрочные материалы на основе технической керамики: достижения и перспективы повышения их баллистической эффективности. Научные исследования и разработки, 2016, 4, 53–67. [Garshin A. P., Kulik V. I., Nilov A. S. Impact-resistant materials based on technical ceramics Achievements and prospects for increasing their ballistic efficiency. Scientific research and development, 2016, 4, 53–67 (in Rus.)].
  • Житнюк С.В., Сорокин О. Ю., Журавлева П. Л. Керамика на основе карбида кремния, полученная спеканием гранулированного порошка. Композиционные материалы, 2020, 2(86), 50–59 [Zhitnyuk S. V., Sorokin O. Yu. , Zhuravleva P. L. Silicon carbide ceramics obtained by sintering granular powder. Composite materials, 2020, 2(86), 50–59 (in Rus.)].
  • Solodkyi I.V. et al. Low-Temperature Synthesis of Boron Carbide Ceramic. Journal of Superhard Materials, 2018, 20(4), 236–242.
  • Hayun S., Frage N., Dariel M. P. The morphology of ceramic phases in BxC–SiC–Si infiltrated composites. Journal of Solid State Chemistry, 2006, 179(9), 2875–2879.
  • Popov O., Vleugels J., Huseynov A., Vishnyakov V. Reactive sintering of TiB 2-SiC–CNT ceramics. Ceramics International, 2019, 45(17), 22769–22774.
  • Parveez B., Kittur M. I., Badruddin I. A., Kamangar S., Hussien M., Umarfarooq M. A. Scientific Advancements in Composite Materials for Aircraft Applications: A Review. Polymers, 2022, 14(22).
  • Роман О.В., Ковалевская А. В., Фомихина И. В., Григорьев С. В. Разработка карбидной и нитридной керамики повышенной прочности. Литье и металлургия, 2005, 4(36), 157–162 [Roman O. V., Kovalevskaya A. V., Fomikhina I. V., Grigoriev S. V. Development of high-strength carbide and nitride ceramics. Lit’e metallurgia, 2005, 4(36), 157–162 (in Rus.)].
  • Ding S., Zhu S., Zeng Y., Jiang D. Effect of Y 2O3 addition on the properties of reaction-bonded porous SiC ceramics, Ceramics International, 2006, 32(4), 461–466.
  • Yuan B., Wang G., Li H., Liu L., Liu Y., Shen Z. Fabrication and microstructure of porous SiC ceramics with Al2O3 and CeO2 as sintering additives. Ceramics International, 2016, 42(11), 12613–12616.
  • Bai C.-Y. et al. Fabrication and properties of cordierite–mullite bonded porous SiC ceramics. Ceramics International, 2014, 40(4), 6225–6231.
  • Zhou Y. et al. Preparation and characterization of tubular porous silicon carbide membrane supports. Journal of Membrane Science, 2011, 369(1–2), 112–118.
  • Ma Y., Ma Q.-S., Suo J., Chen Z.-H. Low-temperature fabrication and characterization of porous SiC ceramics using silicone resin as binder. Ceramics International, 2008, 34(2), 253–255.
  • Zvonarev E. V., Ilyushchanka A. Ph., Vitko Zh. A., Osipov V. A., Babura D. V. Effect of reaction sintering modes on the structure and properties of carbide ceramics. Vescì Akademìì navuk Belarusì. Seryâ fizika-tehničnyh navuk, 2019, 63(4), 407–415.
  • Савиных А.С., Гаркушин Г. В., Разоренов С. В., Румянцев В. И. Динамическая прочность реакционно-спеченной керамики карбида бора. Журнал технической физики, 2015, 85(6), 77–82 [Savinykh A. S., Garkushin G. V., Razorenov S. V., Rumyantsev V. I. Dynamic Strength of Reaction Sintered Boron Carbide Ceramics Journal of Technical Physics. Technical physics, 2015, 85(6), 77–82 (in Rus.)].
  • Шикунов С.Л., Курлов В. Н. Получение композиционных материалов на основе карбида кремния силицированием углеродных матриц. Журнал технической физики, 2017, 87(12) [Shikunov S. L., Kurlov V. N. Preparation of composite materials based on silicon carbide by siliconization of carbon matrices. Technical physics, 2017, 87(12) (in Rus.)]
  • Rathinavel S., Priyadharshini K., Panda D. A review on carbon nanotube: An overview of synthesis, properties, functionalization, characterization, and the application. Materials Science and Engineering B, 2021, 268.
  • Mathur R.B., Singh B. P., Pande S. Carbon Nanomaterials. Taylor & Francis Group, 2016, 284.
  • Rajesh Jesudoss Hynes N. et al. Synthesis, properties, and characterization of carbon nanotube-reinforced metal matrix composites. Nanocarbon and its Composites. Elsevier, 2019, 849.
  • Morris J.E., Iniewski K. Graphene, Carbon Nanotubes, and Nanostructures: Techniques and Applications. Taylor & Francis Group, 2013, 355.
  • Peng H., Qingwen L., Chen T. Industrial applications of carbon nanotubes. Amsterdam, Elsevier, 2017, 492.
  • Peigney A., Laurent C. H. Carbon nanotubes-ceramic composites. Ceramic-Matrix Composites. Elsevier, 2006, 614.
  • Imani Yengejeh S., Kazemi S. A., Öchsner A. Carbon nanotubes as reinforcement in composites: A review of the analytical, numerical and experimental approaches. Computational Materials Science, 2017, 136, 85–101.
  • Curtin W. A., Sheldon B. W. CNT‑reinforced ceramics and metals. Materials Today, 2004, 7(11), 44–49.
  • Shutilov R. A., Kuznetsov V. L., Moseenkov S. I., Karagedov G. R., Krasnov A. A., Logachev P. V. Vacuum-tight ceramic composite materials based on alumina modified with multi-walled carbon nanotubes. Materials Science and Engineering: B, 2020, 254.
  • Karagedov G. R., Shutilov R. A., Kolesov B. A., Kuznetsov V. L. The effect of carbon nanotubes introduction on the mechanical properties of reaction bonded boron carbide ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 2021, 41(12), 5782–5790.
  • Matsuoka M., Tatami J., Wakihara T., Komeya K., Meguro T. Improvement of strength of carbon nanotube-dispersed Si 3 N 4 ceramics by bead milling and adding lower-temperature Sintering aids. Journal of Asian Ceramic Societies, 2014, 2(3), 199–203.
  • Elumeeva K. V. et al. Reinforcement of CVD grown multi-walled carbon nanotubes by high temperature annealing. AIP Advances, 2013, 3(11).
  • Zavorin A. V. et al. Chemical Vapor Deposition of Silicon Nanoparticles on the Surface of Multiwalled Carbon Nanotubes. J Struct Chem, 2020, 61(4), 617–627.
  • Kuznetsov V. L. et al. Raman spectra for characterization of defective CVD multi-walled carbon nanotubes: Raman spectra for characterization of defective CVD MWCNTs. physica status solidi (b), 2014, 251(12), 2444–2450.
  • Usoltseva A., Kuznetsov V., Rudina N., Moroz E., Haluska M., Roth S. Influence of catalysts’ activation on their activity and selectivity in carbon nanotubes synthesis. phys. stat. sol. (b), 2007, 244(11), 3920–3924.
  • Заворин А. В., Мосеенков С. И., Селютин А. Г., Серкова А. Н., Цэндсурэн Ц.-О., Кузнецов В. Л. Влияние термической обработки на структуру композитов МУНТ-Si. 2022, 76–77. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://conf.nsc.ru/SRTCFM‑2022/en/invitation – Заглавие с экрана. [Zavorin A. V., Moseenkov S. I., Selyutin A. G., Serkova A. N., Tsendsuren Ts.-O., Kuznetsov V. L. Effect of heat treatment on the structure of MWCNT-Si composites. 2022, 76–77. Electronic resourse] – Access: http://conf.nsc.ru/SRTCFM‑2022/en/invitation.
  • Schneider C. A., Rasband W. S., Eliceiri K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods, 2012, 9(7), 671–675.
  • Thibault W. The American Mineralogist. Journal of the mineralogical society of America, 1944, 9–10, 327–362.
  • Marlene M.C., Eoise E. H. et al. Standard X‑ray Diffraction Powder Patterns, Washington, U. S. Government printing office, 1976, 122.
  • Shaffer P.T.B. A review of the structure of silicon carbide, Acta Crystallogr B Struct Sci, 1969, 25(3), 477–488.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp