Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Получение керамики на основе нитрида кремния с добавлением Al2O3-MgO

Работа №71214

Тип работы

Дипломные работы, ВКР

Предмет

физика

Объем работы59
Год сдачи2017
Стоимость4340 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
43
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 4
ГЛАВА 1. Литературный обзор 5
1.1 Физические и химические свойства Si3N4 5
1.2 Методы получения керамических материалов на основе Si3N4
1.3 Механические характеристики керамики на основе Si3N4 12
1.4 Особенности структуры керамики на основе нитрида кремния
1.5 Практические способы получения нано- и микроразмерных материалов
1.6 Постановка задач исследования 35
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Получение керамики на основе Si3N4 методом искрового плазменного
Спекания 37
2.2 Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ 41
2.3 Растровая электронная микроскопия 41
2.4 Просвечивающая электронная микроскопия 41
2.5 Механические испытания 42
2.5.1 Одноосное сжатие 42
2.5.2 Трёхточечный изгиб 42
2.5.3 Двуосное сжатие 43
2.5.4 Микротвердость 43
2.5.5 Ударная вязкость 44
2.6 Пикнометрический анализ 45
2.7 Ртутная порозиметрия 45
ГЛАВА 3. Исследование и обсуждение структуры и фазового состава керамики на основе нитрида кремния с добавлением Al2O3-MgO 45
3.1 Изучение микроструктуры керамики на основе нитрида кремния
3.2 Исследование фазового состава керамики на основе нитрида кремния
ГЛАВА 4. Исследование и обсуждение механических свойств керамики на основе нитрида кремния с добавлением Al2O3-MgO 49
Заключение 51
Список литературы 52

В настоящее время существует большой интерес к керамике на основе Si3N3 ввиду хорошей комбинации свойств. В частности, нитрид кремния обладает высокой прочностью, твердостью, термической стабильностью. Наиболее широко распространенными в рамках промышленного производства керамики на основе нитрида кремния являются такие коммерческие методы, как горячее изостатическое прессование (ГИП), искровое плазменное спекание (SPS-spark plasma sintering) и газовое прессование (ГП). Керамика на основе нитрида кремния часто используется во многих областях машиностроения, двигателестроения, химической и авиационной промышленностях. Хорошо известно, что из-за плохой компактируемости нитрида кремния часто используются оксидные добавки, такие как MgO, AI2O3, Y2O3.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. Структура материала системы типа Al2O3-MgO представлена частицами размером от 400 до 830 нм (средний размер 615 нм) для материала, спеченного при температуре 1550ОС, и 500-850 нм (средний размер 675 нм) для материала, изготовленного при 1650ОС.
2. Материалы на основе нитрида кремния с добавками системы Al2O3- MgO, спеченные при температуре 1550ОС характеризуются наличием a-модификации нитрида кремния как доминирующей фазы. Повышение температуры спекания до 1650ОС системы Al2O3-MgO ведет к формированию материала на основе 0-Si3N4.
3. Было обнаружено, что предел прочности на трехточечный изгиб и трещиностойкость для рассматриваемого материала, полученного искровым плазменным спеканием при температурах 1550ОС и 1650ОС равняются соответственно 344 и 242 МПа, 3 и 2.82 МПа-м1/2. Микро-твердость полученного при 1550°C керамического материала на основе нитрида кремния с добавлением Al2O3-MgO составила 1957 HV0.3, в то же время микротвердость керамического материала, полученного при 1650°C, составила 1985 HV0.3.



1. Третьяков Ю.Д. Керамика в настоящем прошлом и будущем / Третьяков Ю.Д. // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - № 6. - 53- 59 с.
2. Матренин, С.В. Техническая керамика. Учебное пособие. / С.В. Матренин, А.И. Слосман // Т.: Изд-во ТПУ, - 2004. - 75 с.
3. Курская И.Н., Рудыкина В.Н., Келина И.Ю., Шаталин А.С., Шеянов В.Ю., Шамшетдинов К.Б., Ганичев А.И. Способ получения оболочки антенного обтекателя из реакционно-связанного нитрида кремния // Патент Российской Федерации № 2453520. 2012, Бюл. № 17. - 8 с.
4. Krichkovskaya, L.V. Study of burn action emulsion cosmetic product / L.V. Krichkovskaya, V.S. Marchenko, A.P. Belinskaya // Visnyk NTU «KhPI», - 2014. - vol. 28. - p. 1071.
5. Mel e ndez-Martinez, J. Creep of silicon nitride / J. Melendez-Martinez, A. Dominguez-Rodriguez // Progress in Materials Science, - 2004. - vol. 49. - p. 9¬107.
6. Nishimura, T. Fabrication of silicon nitride nanoceramics - Powder preparation and sintering: A review / T. Nishimura, X. Xu, K. Kimoto, N. Hirosaki, H. Tanaka // Science and Technology of Advanced Materials, - 2007. - vol. 8. - p. 635-643.
7. Rilley, F.L. Silicon nitride ceramics and related materials / F.L. Rilley // J. Am. ceramic Soc., - 2000. - vol. 83. - p. 245-265.
8. Berroth, K. Silicon nitride ceramics for product and process innovations / K. Berroth // Adv. Sci. Tech., - 2005. - vol. 65. - p. 70-77.
9. Munz, D. Ceramics: mechanical properties, failure behavior, materials selection / D. Munz, T. Fett // Springer, - 1999. - p. 298.
10. Berroth, K. Siliconre nitride for foundary application / Berroth K., Prescher T., Schubert J. // 3 rd Drache-Seminar Casting Techniques, May 09-11.
11. Зубченко, А.С. Марочник сталей и сплавов 2-е издание доп. и испр. /
A. С. Зубченко // М.: Машиностроение, - 2003. - 784 с.
12. Балкевич, В.Л. Техническая керамика / В.Л. Балкевич // Стройиздат - 1984. - 256 с.
13. Kerkwijk, B. Zirconia-Alumina Ceramic Composites with Extremely High Wear Resistance / B. Kerkwijk, E. Mulder, H. Verweij // Advanced Engineering Materials, - 1999. - vol. 1. - № 1. - p. 69-71.
14. Андриевский, Р.А. Нитрид кремния - синтез и свойства / Р.А. Андриевский // Успехи химии, - 1995. - том 64. - № 4. - 311-329 с.
15. Bocanegra-Bernal, M. Dense and near-net-shape fabrication of Si3N4 ceramics / M. Bocanegra-Bernal, B. Matovic // Materials Science and Engineer¬ing: A, - 2009. - vol. 500. - № 1-2 - p. 130-149.
16. http: //aviakvitok.kiev.ua/rus/news-read/6458
17. http: //www.proatom.ru/files/as24 20 3 6. pdf
18. http: //www.salut.ru/V iewT opic.php?Id=7 5 5
19. http://epsi-highpressure.com/ru/products/hot-isostatic-presses/
20. http://www.ruscastings.ru/files/file406.pdf
21. Vanmeensel, K. Spark Plasma Sintering of Nanometer Size Composites ZrO2-Al2O3-TiC0.5N0.5 / K. Vanmeensel, S.Y. Kandukuri, J. Hennicke, G. Anne, D. Jiang // EMRS, September 6-10, 2004, Poland.
22. Basu, B. Development of Nanocrystalline Wear-Resistant Y-TZP Ceramics /
B. Basu, J.H. Lee, D.-Y. Kim // Journal of the American Ceramic Society, - 2004. - vol. 87. - № 9. - p. 1771- 1774.
23. Красильников, В.В. Исследование структуры керамики на основе Si3N4 с добавками Al2O3 и Y2O3 / В.В. Красильников, В.В. Сирота, А.С. Иванов, Л.Н. Козлова, О.А. Лукьянова, В.В. Иванисенко // Стекло и керамика, - 2014. - № 1. - 17-19 с.
24. Klemm, H. Silicon Nitride for High-Temperature Applications / H. Klemm // J. Am. Ceram. Soc., - 2010. - vol. 93. - № 6. - p. 1501-1522.
25. Yao D., The effect of fabrication parameters on the mechanical properties of sintered reaction bonded porous Si3N4 ceramics / D. Yao, Y. Xia, K. Zuo, D. Jiang, J. Gunster, Y. Zeng, J. Heinrich // Journal of the European Ceramic Socie¬ty, - 2014. - vol. 34. - p. 3461-3467.
26. Hirao K., Processing Strategy for Producing Highly Anisotropic Silicon Nitride / K. Hirao, M. Ohashi, M. Brito, S. Kanzaki // J. Am. Ceram. Soc., - 1995. - vol. 78. - p. 1687-90.
27. Rutkowski, P. The influence of the grapheme additive on mechanical properties andwearofhot-pressed Si3N4 matrix composites / P. Rutkowski, L. Stobierski, D. Zientara, L. Jaworska, P. Klimczyk, M. Urbanik // J. Eur. Ceram. Soc., - 2015. - vol. 35. - № 1. - p. 87-94.
28. Yao, D. The effect off a fabrication parameters on the mechanical properties of sintered reaction bonded porous Si3N4 ceramics / D. Yao, Y. Xia, K. Zuo, D. Jiang, J. Gunster, Y. Zeng, J. Heinrich // J. Eur. Ceram. Soc., - 2014. - vol. 34. - № 15. - p. 3461-3467.
29. Tatarko, P. Characterization of rare-earth doped Si3N4/SiC micro/nanocomposites / P. Tatarko, S. Lojanova, J. Dusza, P. Sajgalik // Processing and Application of Ceramics, - 2010. - vol. 4. - № 1. - p. 25-32.
30. Wasanapiarnpong, T. Effect of post-sintering heat-treatment on thermal and mechanical properties of Si3N4 ceramics sintered with different additives / T. Wasanapiarnpong, S. Wada, M. Imai, T. Yano // Journal of the European Ceramic Society, - 2006. - vol. 26. - p. 3467-3475.
31. Lu, H. Effect of Y2O3 and Yb2O3 on the microstructure and mechanical properties of silicon nitride / H. Lu, J. Huang // Ceramics International, - 2001. - vol. 27. - p. 621-628.
32. Gogotsi, George A. Fracture toughness of ceramics and ceramic composites / George A. Gogotsi // Ceramics International, - 2003. - vol. 29. - p. 777-784.
33. Quinn, G.D. On the Vickers indentation fracture toughness test / G.D. Quinn, R.C. Bradt // J. Am. Ceram. Soc., - 2007. - vol. 90. - № 3. - p. 673-680.
34. Peng, H. Spark Plasma Sintering of Si3N4-Based Ceramics -Sintering mechanism-Tailoring microstructure-Evaluating proper: Doctoral Dissertation: S- 10691 / H. Peng // Department of Inorganic Chemistry Stockholm University, - Stockholm Sweden, 2004.
35. Kramer, M. Grain growth kinetics of Si3N 4 during a/0 transformation / M. Kramer, M. J. Hofmann, G. Petzow // Acta metal. mater., - 1993. - vol. 41. - p. 2939-2947.
36. Rhee, S. Effect of a-Si3N4 initial powder size on the microstructural evolution and phase transformation during sintering of Si3N4 ceramics / S. Rhee,
J. Lee, D. Kim // Journal of the European Ceramic Society, - 2000. - vol. 20. - p. 1787-1794.
37. Demir, V. Vacuum heat treatment of MgO-densified pressureless sintered silicon nitride ceramics / V. Demir, D.P. Thompson // Materials Science Forum, - 2007. - vol. 554. - p. 107-112.
38. Demir, V. Vacuum heat-treatment of MgO-densified silicon nitride ceramics and their compatibility with molten aluminium and copper / V. Demir, A. Demir //Ceramics International, - 2011. - vol. 37. - p. 985-988.
39. Rawley, B. Fatigue Crack Growth Behavior of Silicon Nitride: Roles of Grain Aspect Ratio and Intergranular Film Composition / B. Rawley, S. Funfschilling, T. Fett, M. Hoffmann, J. Kruzic // J. Journal of the American Ceramic Society, - 2013. - vol. 96. - p. 259-265.
40. Hoffmann, M.J. Relationship between microstructure and mechanical properties of silicon nitride ceramics / M.J. Hoffmann // Pure &App. Chem, - 1995. - vol. 67. - p. 939-946.
41. Xiea, R. Microstructure and mechanical properties of superplastically deformed silicon nitride-silicon oxynitride in situ composites / R. Xiea, M. Mitomoa, F. Xu, G-D. Zhan, Y. Bando, Y. Akimune // Journal of the European Ceramic Society, - 2002. - vol. 22. - p. 963-971.
42. Taffner, U. Preparation and Microstructural Analysis of High-Performance Ceramics / U. Taffner, V. Carle, U. Schafer, M.J. Hoffmann // ASM Handbook Metallography and Microstructures, ASM International, - 2004. - vol. 9. - p. 1057-1066.
43. Greene, R.B. Fatigue Crack Growth Behavior of Silicon Nitride: Roles of Grain Aspect Ratio and Intergranular Film Composition / R.B. Greene, S. Funfschilling, T. Fett, M.J. Hoffmann, J.J. Kruzic // J. Am. Ceram. Soc, - 2013. - vol. 1. - p. 259-265.
44. Bal, B.S. Orthopedic Applications of Silicon Nitride Ceramics / B.S. Bal, M.
Rahaman // Acta biomaterialia, - 2012. - vol. 8. - p. 2889-2898.
45. Мельникова, В.А. Микроструктура твердых растворов в системе Si3N4- Al2O3 / В.А. Мельникова // Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы, - 2009. - 1-4 с.
46. Haggerty, J.S. Opportunity for the enchasing the thermal conductivity of SiC and Si3N4 ceramics through Improved Processing Ceram / J.S. Haggerty, A. Lightfoot // Eng. Sci. Proc., - 1995. - vol. 16. - p. 475-487.
47. Hirosaki, N. Thermal Conductivity of Gas-Pressure-Sintered Silicon Nitride / N. Hirosaki, Y. Okamoto, M. Ando, F. Munakata, Y. Akimune // J. Am. Ceram. Soc., - 1996. - vol. 79. - p. 2878-2882.
48. Hirao, K. High Thermal Conductivity in Silicon Nitride with Anisotropie Microstructure / K. Hirao, K. Watari, M.E. Brito, M. Toriyama, S. Kanzaki // J. Am. Ceram. Soc., - 1996. - vol. 79. - p. 2485-2488.
49. Peng, G. Spark Plasma Sintered Silicon Nitride Ceramics with High Thermal Conductivity Using MgSiN2 as Additives / G. Peng, M. Liang, Z. Liang, Q. Li // J. Am. Ceram. Soc., - 2009. - vol. 92. - № 9. - p. 2122-2124.
50. Zhou, Y. A Tough Silicon Nitride Ceramic with High Thermal Conductivity / Y. Zhou, H. Hyuga, D. Kusano, Y. Yoshizawa, K. Hirao // Adv. Mater., - 2011. -vol. 23. - p. 4563-4567.
51. Okamoto, Y. Effect of sintering additive composition on the thermal conductivity of silicon nitride / Y. Okamoto, N. Hirosaki, M. Ando, F. Munakata, Y. Akimune // J. Mater. Res., - 1998. - vol. 13. - p. 3473-3477.
52. Hayashi, H. MgSiN2 Addition as a Means of Increasing the Thermal Conductivity of b-Silicon Nitride / H. Hayashi, K. Hirao, M. Toriyama, S. Kanzaki, K. Itatani // J. Am. Ceram. Soc., - 2001. - vol. 84. - p. 3060-3062.
53. Wang, H. Preparation and properties of pressureless-sintered porous Si3N4 / H. Wang, J. Yu, Zhang J., Zhang D. // J. Mater. Sci., - 2010. - vol. 45. - p. 3671-3676.
54. Park, M.K. Effect of Microstructure on Dielectric Properties of Si3N4 at Microwave Frequency / M.K. Park, H.N. Kim, K.S. Lee, S.S. Baek, E.S. Kang, Y.K. Baek, D.K. Kim // Key Eng. Mater., - 2005. - vol. 287. - p. 247-252.
55. Ohno, H. Electrical properties of silicon nitride / H. Ohno, Y. Katano // Mater. Sci. Forum, - 1989. - vol. 47. - p. 215-227.
56. Clarke, D.R. High-Temperature Environmental Strength Degradation of a Hot-Pressed Silicon Nitride: An Experimental Test / D.R. Clarke // J. Am. Ceram. Soc., - 1983. - vol. 66. - p. 156-158.
57. 5.20 Clarke, D.R. Microstructure of YO Fluxed Hot-Pressed Silicon Nitride / D.R. Clarke, G. Thomas // J. Am. Ceram. Soc., - 1978. - vol. 61. - p. 114-118.
58. 5.21 Clarke, D.R. The Intergranular Phase in Hot-Pressed Silicon Nitride: 11. Evidence for Phase Separation and Crystallization / D.R. Clarke, N.J. Zaluzec, R.W. Carpenter // J. Am. Ceram. Soc., - 1981. - vol. 64. - p. 608-611.
59. Watari, K. Temperature Dependence of Thermal Coefficients for HIPped Silicon nitride / K. Watari, Y. Seki, K. Ishizaki // J. Ceram. Soc. Japan, - 1989. - vol. 97. - p. 174-181.
60. Ding, S. Oxidation bonding of porous silicon nitride ceramics with high strength and low dielectric constant / S. Ding, Y.-P. Zeng, D. // Jiang, Mater. Lett., - 2007. - vol. 61. -p. 2277-2280.
61. Barta, J. Si3N4 and Si2N20 for High Performance Radomes / J. Barta, M. Manela, R. Fischer // Mater. Sci. Eng., - 1985. - vol. 71. - p. 265-272.
62. Terwilliger, G.R. Hot-Pressing Behavior of Si3N4 / G.R. Terwilliger, F.F. Lange // J. Am. Ceram. Soc., - 1974. - vol. 57. - vol. 25-29.
63. Messier, D.L. Ceramics for High-Performance Applications / D.L. Messier, P. Wong, in:, H.L. Bassett, J.M. Newton (Eds.) // Proc. 13th Sympsoium Electromagn. Wind., Georgia Institute of Technology, Atlanta, - 1976. - p. 3-8.
64. Han, G. Processing and performance of 2D fused-silica fiber reinforced porous Si3N4 matrix composites / G. Han, L. Zhang, L. Cheng // J. Univ. Sci. Technol. Beijing, Miner. Metall. Mater., - 2008. - vol. 15. - p. 58-61.
65. Suzdal’tsev, E.I. Analysis of existing radioparent refractory materials, composites and technology for creating high-speed rocket radomes. Part 1. Analysis of the level of property indices and limiting possibilities of radioparent inorganic refractory materials / E.I. Suzdal’tsev, D. V. Kharitonov, A.A. Anashkina // Refract. Ind. Ceram., - 2010. - vol. 51. - p. 202-205.
66. ShuQin, L. Mechanical and dielectric properties of porous Si2N2O-Si3N4 in situ composites / L. ShuQin, P. YuChen, Y. ChangQing, L. JiaLu // Ceram. Int., - 2009. - vol. 35. - p. 1851-1854.
67. Miyazaki, H. Effect of crystallization of intergranular glassy phases on the dielectric properties of silicon nitride ceramics / H. Miyazaki, Y.-I. Yoshizawa,
K. Hirao // Mater. Sci. Eng. B, - 2008. - vol. 148. - p. 257-260.
68. Sirota, V. Microstructural and physical properties of magnesium oxidedoped silicon nitride ceramics / V. Sirota, O. Lukianova, V. Krasilnikov, V. Selemenev, V. Dokalov // Results in Physics. - 2016. - Vol. 6. - P. 82 - 83.
69. Лукьянова О.А. Исследование структуры и свойств керамики на основе нитрида кремния с добавлением оксида магния / Лукьянова О.А., Сирота В.В., Красильников В.В., Селеменев В.Ф., Докалов В.С., Алтухов А.Ю., Агеев Е.В. // Сборник: Физика и технология наноматериалов и структур сборник научных статей 2-й Международной научно-практической конференции: в 2-х томах. - 2015.- С. 104 - 110.
70. Lukianova, O.A. Microstructure and phase composition of cold isostatically pressed and pressureless sintered silicon nitride / O.A. Lukianova, V.V. Krasilnikov, A.A. Parkhomenko, V.V. Sirota // Nanoscale Research Letters. - 2016. - Vol. 11, № 1. - P. 148 - 153.
71. Sirota V. Fabrication of the ceramics based on silicon nitride by free sintering and cold isostatic pressing / V.Sirota, V Krasilnikov, O. Lukianova // Nanocon 2013, Brno. Czech republic, 2013.
72. Sirota V. Structure and mechanical properties of the composite ceramics based on silicon nitride /.Viacheslav Sirota, Victor Ivanisenko, Olga Luk'yanova, Vladimir Krasilnikov // 21st Annual International Conference on Composites or Nano Engineering, Tenerife. Spain, 2013.
73. Лукьянова О.А. Структура керамики на основе нитрида кремния с добавлением оксида магния / Лукьянова О.А. // Тезисы докладов XIII Всероссийской с международным участием Школы-семинара по структурно макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова. 2015. — С. 117-118.
74. Lukianova O.A. Investigation of the structure and strength properties of ceramics based on silicon nitride obtained by cold pressing and sintering / Lukianova О.А. // 3rd International research and practice conference Nanotechnology and nanomaterials NANO-2015. Львов. Украина, 2015 г.
75. Ziegler G., Review Relationships between processing, microstructure and properties of dense and reaction-bonded silicon nitride / G. Ziegler, J. Heinrich, G.Wotting // Journal of Materials Science, - 1987. - vol. 22. - № 9. -p. 3041¬3086.
76. http://www.azom. com/article.aspx?ArticleID=77
77. Lukianova O.A. Investigation of the structure and strength properties of ceramics based on silicon nitride obtained by cold pressing and sintering / Lukianova О.А. // 3rd International research and practice conference Nanotechnology and nanomaterials NANO-2015. Львов. Украина, 2015 г.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.