Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.772-774 УДК: 666.3-13; 666.3-18 МАТЕРИАЛЫ ИЗ ПРЕКУРСОРОВ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ БОРА В КАРБИДЕ КРЕМНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ А. В. Феоктистов, Н. А. Попова Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, г. Москва, Россия Аннотация Рассмотрена возможность получения материалов из прекурсоров твёрдых растворов бора в карбиде кремния субмикронного размера методом искрового плазменного спекания. Определено влияние концентрации добавки бора (SiC-xB, где х = 3, 5, 7, 10 мас. %) и времени выдержки при температуре обжига на свойства полученных материалов. Для полученных материалов были измерены кажущаяся плотность, открытая пористость и прочность при изгибе. Наибольшей прочностью (~ 400 Мпа) обладал материал, прекурсор которого содержал 7 мас. % добавки бора, при плотности материала ~ 3,08 г/см3. Ключевые слова: карбид кремния, аморфный бор, искровое плазменное спекание, твёрдые растворы, добавки акцепторного типа. MATERIALS FROM PRECURSORS OF BORON SOLID SOLUTIONS IN SILICON CARBIDE OBTAINED BY SPARK PLASMA SINTERING METHOD A. V. Feoktistov, N. A. Popova D. I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia Abstract WE have considered the possibility of obtaining materials from the precursors of solid solutions of boron in silicon carbide by the method of spark plasma sintering. The influence of the concentration of doping boron (SiC- x B, x = 3, 5, 7, 10 % by weight) and the firing time at the density, porosity and flexural strength of the obtained materials, was determined. The maximum flexural strength (~ 400 MPa) has a material which contained 7 wt. % doping boron, with a material density of ~ 3,08 g/cm3and zero open porosity. Keywords: silicon carbide, amorphous boron, spark plasma sintering, solid solutions, acceptor additives. В связи с развитием техники появляются все более высокие требования к эксплуатационным свойствам используемых материалов и возникает необходимость в получении материалов с более совершенным набором свойств и характеристик. Карбид кремния обладает уникальным набором физико-химических характеристик (низкая плотность, высокая прочность, твердость, модуль упругости и низкий коэффициент расширения), что делает его перспективным при разработке материалов с повышенными рабочими температурами [1].Основной проблемой карбида кремния является низкий коэффициент диффузии, вследствие чего необходимым становится использование методов горячего прессования и горячего изостатического прессования спекания для получения материалов высокой плотности на его основе [ 2 ]. Одним из путей увеличения диффузионной активности карбида кремния является легирование элементами, увеличивающими коэффициент диффузии и позволяющими получать материалы на его основе при более низких температурах. С позиции твердых растворов наиболее интересными являются твердые растворы карбида кремния с добавками акцепторного типа (B, Be, Al, Ga и др.), поскольку донорные примеси снижают коэффициент самодиффузии углерода С в материале, что приводит к резкому росту зерна и снижению механических свойств получаемого материала. К сожалению, растворение примесей в карбиде кремния носит сильный приповерхностный характер, что, в свою очередь, снижает растворимость добавок в нем [3]. Одним из методов, позволяющих получать плотные материалы с высокими физико-механическими свойствами за счёт низкой степени рекристаллизации при обжиге, является метод искрового плазменного спекания (ИПС), уменьшающий время обжига до высокой относительной плотности до нескольких минут [4]. В настоящей работе было изучено влияние концентрации добавки бора и времени спекания на спекание и свойства материалов, полученных из прекурсоров твёрдых растворов бора в карбиде кремния. Для синтеза прекурсоров твёрдых растворов использовался карбид кремния, полученный высокоэнергетическим измельчением в мельнице планетарного типа с характеристическим размером d 50 = 0 ,8 мкм. Смешение карбида кремния с аморфным бором (30-50 нм) в концентрациях 3, 5, 7 и 10 мас. % бора проводили в мельнице планетарного типа. Синтез твёрдых растворов проводился в печи сопротивления 772