SiC-based composites made with SHS derived powders

• Autorzy: Wojteczko Kamil , Wojteczko Agnieszka , Strzelecka Marta , Jach Katarzyna , Rosiński Marcin , Liu Yongsheng , Znahg Chengyu , Bućko Mirosław M. , Pędzich Zbigniew

Warianty tytułu

PL

Kompozyty na bazie SiC wytwarzane z proszków otrzymywanych metodą SHS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The applications of silicon carbide-based composites at extremely high temperatures and under high partial pressure of water vapor require some modifications of the silicon carbide structure and microstructure in order to increase the reliability of the composite component. One of the methods of such modification could be to introduce phases containing yttria or chromia compounds into the composite microstructure. The presented paper reports the results of investigations on the SHS of silicon carbide powders enriched with yttrium or chromium precursors. It was experimentally proven that it is possible by the means of the SHS technique to obtain powders containing only silicon carbide and dispersions of yttrium silicate or yttrium silicide. Such powders were consequently compacted by hot-pressing or the U-FAST technique. The level of densification and the phase compositions of the materials were characterized. It was found that the sintering conditions determine the phase compositions of the sintered samples. Consolidation using the hot-pressing technique leads to the decomposition of silicon carbide and reduction of the remaining starting phases. As an effect, free graphite and carbide phases (YC2 or Cr3C2) appear in the sintered samples. Applying the U-FAST technique and short sintering times lasting a few minutes allows some yttium-silicon phases from the SiC-Y system (oxide, carbide, silicide) to be preserved in the sintered material. In the SiC-Cr system after U-FAST consolidation the CrSi2 silicide phase was preserved, which is not desirable in the final material because of its relatively low melting point of 1470°C.

PL

Zastosowania materiałów kompozytowych na bazie węglika krzemu w warunkach ekstremalnie wysokich temperatur i pod wysokim ciśnieniem parcjalnym pary wodnej wymagają pewnej modyfikacji struktury oraz mikrostruktury węglika krzemu, w celu zwiększania niezawodności kompozytowego komponentu. Jednym ze sposobów takiej modyfikacji może być wprowadzenie do mikrostruktury kompozytowej faz zawierających itr lub chrom. Niniejsza praca prezentuje wyniki badań, otrzymanych syntezą SHS, proszków kompozytowych na osnowie węglika krzemu wzbogaconej prekursorami itru i chromu. Dowiedziono eksperymentalnie, że jest możliwe uzyskanie metodą SHS proszków zawierających tylko węglik krzemu i wtrącenia krzemianu itru lub krzemku itru. Wytworzone proszki zostały poddane zagęszczaniu za pomocą dwóch różnych metod, tj. prasowania na gorąco (HP) oraz techniki U-FAST. Scharakteryzowano poziom zagęszczenia otrzymanych spieków kompozytowych oraz ich skład fazowy. Stwierdzono, że warunki spiekania determinują skład fazowy spieków. Zagęszczanie przez hot-pressing prowadzi do rozkładu węglika krzemu i do redukcji pozostałych faz wyjściowych, w wyniku czego w spiekach pojawia się wolny grafit oraz fazy węglikowe (YC2 lub Cr3C2). Zastosowanie techniki U-FAST i krótkich, kilkuminutowych czasów spiekania pozwala na zachowanie w spiekach z układu SiC-Y faz itrowo-krzemowych (tlenku, węglika i krzemku). W spiekach z układu SiC-Cr zachowana zostaje faza krzemkowa CrSi2, która nie jest pożądana w finalnym materiale ze względu na niską temperaturę topnienia 1470°C.

Słowa kluczowe

EN

silicon carbide; self-sustaining high-temperature synthesis; SHS; upgraded field assisted sintering technique; U-FAST; hot-pressing; HP

PL

węglik krzemu; samorozwijająca synteza wysokotemperaturowa; SHS; spiekanie wspomagane działaniem pola elektrycznego; U-FAST; prasowanie na gorąco; HP

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 20, nr 1
• Strony: 17--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojteczko Kamil

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wojteczko Agnieszka

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Strzelecka Marta

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Jach Katarzyna

• GeniCore Sp. z o.o., ul. Wólczynska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Rosiński Marcin

• GeniCore Sp. z o.o., ul. Wólczynska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Liu Yongsheng

• Northwestern Polytechnical University, Science and Technology on Thermostructural Composite Materials Laboratory, 710072 Xi’an, P.R. China

autor

Znahg Chengyu

• Northwestern Polytechnical University, Science and Technology on Thermostructural Composite Materials Laboratory, 710072 Xi’an, P.R. China

autor

Bućko Mirosław M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pędzich Zbigniew

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Roy J., Chandra S., Das S. Maitra S., Oxidation behaviour of silicon carbide - a review, Rev. Adv. Mater. Sci. 2014, 38, 29-39.
• [2] More K.L., Tortorelli P.F., Walker L.R., Miriyala N., Price J.R., van Roode M., High‐temperature stability of sic‐based composites in high‐water‐vapor‐pressure environments, J. Amer. Ceram. Soc. 2003, 86, 8, 1272-1281.
• [3] Mitomo M., Kim Y.W., Hirotsuru H., Fabrication of silicon carbide nanoceramics J. Mater. Res. 1996, 11, 1601.
• [4] Kim G.M., Meier G.H., Breakdown Mechanisms of Preformed Al2O3, Cr2O3 and SiO2 Scales in H2/H2O/H2S Environments at 950°C, DOE Report ORNL/Sub/83-43346/01, 1988 Jun 1.
• [5] Seifert H., Wagner S., Fabrichnaya O., Lukas H., Aldinger F., Ullmann T., Schmücker M., Schneider H., Yttrium silicate coatings on chemical vapor deposition‐SiC‐precoated C/C-SiC: Thermodynamic assessment and high‐temperature investigation, J. Amer. Ceram. Soc. 2005, 88, 2, 424-430.
• [6] Vlasova M., Kakazei N., Gonzalez-Rodriguez J., Juarez-Romero D., Constantino M., Salazar-Hernández B., Kovalev A., Tomila, T., Gordienko S., SiC particles coated by chromium silicides, J. Mater. Synth. and Proc. 2002, 10, 2, 67-74.
• [7] Argirusis Ch., Damjanović T., Borchardt G., Yttrium silicate coating system for oxidation protection of C/C-Si-SiC composites: Electrophoretic deposition and oxygen self-diffusion measurements, J. Europ. Ceram. Soc. 2007, 27, 2-3, 1303-1306.
• [8] Aparicio M., Duran A., Yttrium silicate for oxidation protection of carbon silicon carbide composites, J. Amer. Ceram. Soc. 2000, 83, 1351-1355.
• [9] Grosse-Brauckmann J., Borchardt G., Argirusis Ch., Preparation and electrophoretic deposition of an yttrium silicate precursor sol, Key Engineering Materials 2009, 412, 267-272.
• [10] Mukasyan A.S., Ya‐Cheng Lin, Rogachev A.S., Moskovskikh D.O., Direct combustion synthesis of silicon carbide nanopowder from the elements, J. Amer. Ceram. Soc. 2013, 96, 1, 111-117.
• [11] Moskovskikh D.O., Ya‐Cheng Lin, Rogachev A.S., McGinn P.J., Mukasyan A.S., Spark plasma sintering of SiC powders produced by different combustion synthesis routes, J. Europ. Ceram. Soc. 2015, 35, 2, 477-486.
• [12] Yanchun Zhou, Huimin Xiang, Fu-Zhi Dai, Y5Si3C and Y3Si2C2, Theoretically predicted MAX phase like damage tolerant ceramics and promising interphase materials for SiCf/SiC composites, J. Mater. Sci. & Techn. 2019, 35, 313-322.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).