Композиционные материалы в системе AlN-Al2O3-ZrO2-ZrN
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
0С. Состав нитрида алюминия, полученного этим способом : 65,8 - 65,99% Al; 34,1 - 34,2% N, суммарное содержание примесей магния, кальция, кремния, бария, железа, молибдена 0,03 - 0,04% [32].
Высокие физико-технические свойства нитрида алюминия - тугоплавкость, электроизоляционные свойства, сохраняемые при высоких температурах, твердость и высокая износостойкость, термостойкость, устойчивость в агрессивных химических средах и расплавленных металлах и сплавах - делают его перспективным материалом для высоких температур.
Известные огнеупорные свойства обеспечивают перспективы его использования в качестве материала футеровок ванн, из AlN изготавливают тигли для плавки металлов и выращивания полупроводниковых соединений [32].
Интересна и важна роль нитрида алюминия в сталях и железе. Показано, что AlN обеспечивает в определенных условиях (до 0,08% N в форме дисперсного нитрида) одновременное увеличение прочности, пластичности и улучшение свариваемости стали.
1.4 Система ZrN-ZrO
В работах [33,34] были синтезированы кубические (типа NaCl) оксинитриды ZrNzOy с малым содержанием кислорода (от у=0,010,04 до 0,1), тогда как, согласно [35], в системе Zr-N-O возможно образование непрерывного ряда твердых растворов ZrN-ZrO.
Образцы ZrNzOy синтезировали высокотемпературным (1500С) вакуумным (10-5 мм.рт.ст.) спеканием брикетированных смесей исходных компонентов ZrO2, Zr, ZrN0,76O0,14, ZrN0,87O0,12 в течение 50ч.
Как видно из рисунка 3, область гомогенности кубического (типа NaCl) оксинитрида ZrNzOy примыкает к стороне Zr-N концентрационного треугольника Zr-N-O. Однофазному образцу с максимальным содержанием кислорода соответствует состав ZrN0,72O0,31, а препарат состава ZrN0,65O0,36 двухфазный. Это соответствует представлениям [36,37] об ограниченной растворимости кислорода в ZrNz. Необходимо отметить, что периоды решетки гексагонального твердого раствора a-ZrNzOy, например, в образце состава ZrN0,10O0,92 (a=3,244A; c=5,372A) заметно отличались от соответствующих чистому металлу (а=3,233А, с=5,146А).
Кроме того, система ZrN-ZrO изучалась в работе [38], авторы которой при конечной температуре 1600 и 2000С спеканием брикетированных смесей исходных компонентов ZrN, ZrO в течение 12ч в среде аргона (р=400мм рт.ст.) синтезировали смесь препаратов ZrNzOy c z+y1 и исследовали последние методами химического, рентгенографического и металлографического анализов. Установлено, что образец с максимальной концентрацией кислорода содержал ~55 мол.% ZrO.
-однофазные образцы;
-двухфазные образцы;
-трехфазные образцы;
Рисунок3 - Фазовый состав системы Zr-N-O при 1500С.
.5 Исследование взаимодействий в системе ZrO2-ZrN-AlN
В работе [39] были исследованы системы ZrO2-ZrN и ZrO2-AlN
Для изучения взаимодействий в системе ZrO2-ZrN были приготовлены составы через 10%мольных по следующей методике: образцы готовились из порошков исходной дисперсности 15-20 мкм, перемешиванием исходных компонентов в металлической ступке в среде этилового спирта в течение 15-20 минут. Затем образцы высушивались, пластифицировались 10% раствором каучука в бензине и прессовались в виде таблеток диаметром 10мм и высотой 10мм.
Синтез образцов производился в среде азота в электрической печи сопротивления при температуре 1840С и изотермической выдержке 1 час. Далее образцы измельчались в металлической лабораторной ступке до размеров менее 60мкм и отправлялись на рентгенофазовый анализ.
С помощью автоматизированной системы IDENT4 были установлены следующие фазы диоксид циркония кубический, нитрид циркония кубический, диоксид циркония моноклинный.
В работе [39] говориться о взаимодействии с образованием кубической фазы на основе ZrN , который является растворителем для ZrO2 кубического. Подтверждением этого является смещение пиков нитрида циркония в сторону больших углов.
Температуры термообработки 1840С оказалось не достаточно для получения гомогенного твердого раствора ZrNO. Скорее всего, с учетом имеющихся литературных данных, при содержании ZrO2 более 10% мольных образование твердого раствора с полным взаимным растворением компонентов невозможно.
При изучаемых в работе условиях термообработки образуется большое количество кубического ZrO2 с небольшой долей моноклинной фазы, что позволяет надеется на получение материалов с полностью кубической фазой ZrO2 без добавления стабилизаторов (например J2O3).
Количественный анализ пористости показал, что с ростом концентрации нитрида циркония пористость увеличивается от 3%объемных для 10% ZrN до 15% объемных при эквимолярном составе.
Для системы ZrO2-AlN анализ рентгенограмм термообработанных смесей ZrO2-AlN, показал, что при 1840С в системе количество Al2O3 не увеличивается и практически отсутствует. Диоксид циркония находится в основном в виде моноклинной модификации, количество кубической фазы диоксида циркония незначительно. Исходный AlN плохо идентифицируется в продуктах термообработки, на рентгенограммах присутствует в виде слабых пиков смещенных в сторону больших углов. Высказывается предположение, что идет образование сложного вещества оксинитрида алюминия.
Микроструктура спеченных материалов показала, что в системе ZrO2-AlN пористость выше, причем она увеличивается с ростом содержания AlN. При содержании AlN 40% и более прочность снижается и истинную пористость трудно установить из-за сильного выкрашивания шлифа.
1.6 Планирование эксперимента при построении диаграмм состав-свойство
Для технолога большое значение представляет знание зависимости различных свойств материала от состава. Оптима