Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

ELECTROCHEMICHAL SYNTHESIS OF CERAMIC MATERIALS BASED ON BORON AND SILICON M.A. Tlimakhova, K.B. Kushkhov,, D.Z. Gucheva Kh.M.Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, Russia Abstract This paper presents the results of the joint electrochemical synthesis of silicon and boron ions. The principal possibility of synthesis of silicon boride electrochemically from chloride melts, is shown. The composition of the products studied by X-ray. The optimum parameters of the electrolysis potential, the process temperature, the duration of electrolysis, have been determined. Keywords: electrochemical synthesis, silicon boride, chloride melt. Перспективность боридов как материалов современной техники связана с их высокими температурами плавления, уникальным сочетанием физико-химических свойств. Так, бориды кремния обладают высокой химической стойкостью, жаростойкостью, способностью к тепловым ударам, известны своей устойчивостью к окислению при нагреве на воздухе вплоть до температур свыше 15000С. Изделия из них, приготовленные обычными методами порошковой металлургии, хорошо служат в окислительной среде при высоких температурах. Нагревательные стержни, в состав которых, наряду с другим соединениями, входит SiB4, стойки в окислительной среде при 1600°С. Полупроводниковые свойства твердого раствора бора в кремнии нашли применение при создании солнечных батарей, фотоэлементов, служащих для преобразования солнечной энергии в электрическую. Бориды кремния также могут использоваться для изготовления регулирующих стержней и защитных устройств ядерных реакторов. Изучению взаимодействия кремния с бором посвящено небольшое количество работ, выводы которых часто не согласуются между собой. Неоднозначные данные химических анализов объясняются наличием у борида SiB4 широкой области гомогенности в сторону кремния. По системе имеется несколько критических обзоров [1-3]. Композиты на основе боридов кремния получают, спекая исходные порошки кремния, бора и углерода с использованием оксидных добавок [4, 5]. Методом получения композитов, альтернативным спеканию, является метод горячего прессования, заключающийся в длительной термической обработке смесей порошков исходных компонентов под давлением (температуры не ниже 2423 K и давление 10-15 МПа) в графитовых пресс-формах [6]. Среди недостатков этих традиционных методов получения термостойких материалов следует отметить необходимость использования высоких температур для спекания порошков, значительную длительность процесса и, как следствие, загрязнение конечных продуктов синтеза материалами пресс-формы или контейнера. Перспективным методом получения боридов кремния является их электрохимический синтез. Электрохимический синтез боридов кремния из хлоридно-фторидных расплавов дает возможность управления процессом синтеза и составом продукта, его дисперсностью, а также возможность получения продукта высокой чистоты. Также, электрохимический метод позволяет синтезировать борид кремния при достаточно низких температурах. Поэтому целью данной работы является поиск условий совместного электровосстановления бора и кремния из ионных расплавов. Исследование полученных образцов проводились следующими методами: • рентгенофазовый метод - рентгеновский дифрактометр рентгеновский дифрактометр D2 Phazer; • дифракционный анализ - лазерный дифракционный анализатор FritschAnalysette-22 (Nanotech); • сканирующая электронная микроскопия - сканирующий растровый электронный микроскоп VEGA3; • LMH (TESCAN, Чехия) с энергодисперсным рентгеновским микроанализатором (OXFORD, Великобритания). Для проведения электрохимического синтеза боридов кремния использовали расплав состава: KCl-NaCl(1:1)-K2SiF6 (3 мол. %)-KBF4(1 мол. %). Проведенная серия электролизов расплава KCl-NaCl(1:1) - K2SiF6 (3 мол. %) - KBF4(1 мол. %) с использованием в качестве анода графита МПГ-8, в зависимости от потенциала: 1 - Е=-2.2 В, 2 - Е=-2.4 В, 3 - Е=-2.6 В при одинаковых температуре (750°С) и времени проведения электролиза (60 мин), показали следующие результаты: при потенциале Е=-2.2 В в состав фаз входят В, С; при потенциале Е=-2.4 В в состав фаз входят B, C, SiC, SiO2; при потенциале Е=-2.6 В в состав фаз входят B, SiB4. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что получение борида кремния является принципиально возможным при потенциале Е=-2.6 В. Потенциостатический электролиз проводился в эвтектическом расплаве KCl-NaCl(1:1). Источником кремния служил K 2 SiF 6 , источником бора - KBF 4 . Эксперимент проводили в алундовом тигле в открытой электрохимической ячейке при темпертуре 750°С при потенциале Е=-2.6 В в течение 60 мин. Катодом служил никелевый стержень высокой чистоты диаметром 3 мм, в качестве анода использовался графитовый брусок. 291