Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đánh giá khoảng nhiệt độ phù hợp cho tổng hợp vật liệu bột composite B4C–TiB2 và B4C–ZrB2
Tóm tắt
Dựa trên phân tích dữ liệu biểu đồ pha và mô hình nhiệt động học, chúng tôi đã đánh giá các khoảng nhiệt độ tối ưu của các quá trình liên quan đến việc chuẩn bị bột composite B4C–TiB2 và B4C–ZrB2 thông qua các phản ứng carbide boron trong sự hiện diện của boron carbide dư: 2MO2 + (n + 1)B4C + 3C = 2MB2 + 4CO + nB4C (M = Ti, Zr). Các giá trị của n được chọn sao cho thu được bột composite với các thành phần sau (mol %): 90B4C–10MB2 (n = 19), 80B4C–20MB2 (n = 9), 75B4C–25MB2 (n = 7), và 70B4C–30MB2 (n = 5.67). Chúng tôi đã tìm ra các nhiệt độ đảm bảo việc chuẩn bị bột composite với thành phần tùy chỉnh ở các áp suất CO khác nhau. Tại áp suất CO là 0.0773 MPa, các nhiệt độ cho cả hai phản ứng là 1816 K (~1540°C), độc lập với thành phần của các bột đã tổng hợp. Nhiệt độ eutectic trong hệ B4C–TiB2 là ~2200°C và trong hệ B4C–ZrB2 là ~2280°C. Do đó, ở áp suất gần như khí quyển trong bình phản ứng, nhiệt độ tổng hợp tối ưu của bột composite B4C–TiB2 nằm trong khoảng từ 1540–2200°C và của bột composite B4C–ZrB2 nằm trong khoảng 1540–2280°C. Những bột này có tiềm năng hấp dẫn cho việc chế tạo gốm với các thông số hiệu suất được cải thiện.
Từ khóa
#B4C–TiB2 #bột composite #nhiệt độ tổng hợp #vật liệu gốm #mô hình nhiệt động họcTài liệu tham khảo
Spohn, M.T., Annual minerals review. Boron carbide, Am. Ceram. Soc. Bull., 1995, vol. 74, no. 6, pp. 113–115.
Kislyi, P.S., Kuzenkova, M.A., Bodnaruk, N.I., and Grabchuk, B.L., Karbid bora (Boron Carbide), Kiev: Naukova Dumka, 1988.
Serebryakova, T.I., Neronov, V.A., and Peshev, P.D., Vysokotemperaturnye boridy (High-Temperature Borides), Moscow: Metallurgiya, 1991.
Zhang, W., Yamashita, S., and Kita, H., Progress in pressureless sintering of boron carbide ceramics – a review, Adv. Appl. Ceram., 2019, vol. 118, no. 4, pp. 222–239. https://doi.org/10.1080/17436753.2019.1574285
Heydari, M.S. and Baharvandi, H.R., Effect of different additives on the sintering ability and the properties of B4C–TiB2 composites, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2015, vol. 51, pp. 61–69. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2015.02.014
Ordan’yan, S.S., Stepanenko, K.K., Dmitriev, A.I., and Shchemeleva, M.V., interaction in the B4C–TiB2 system, Sverkhtverd. Mater., 1986, no. 5, pp. 27–29.
Huang, S., Vanmeensel, K., Malek, O., van der Biest, O., and Vleugels, J., Microstructure and mechanical properties of pulsed electric current sintered B4C–TiB2 composites, Mater. Sci. Eng., A, 2011, vol. 528, no. 3, pp. 1302–1309. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.10.022
Xu, C., Cai, Y., Flodström, K., Li, Z., Esmaeilzadeh, S., and Zhang, G.-J., Spark plasma sintering of B4C ceramics: the effects of milling medium and TiB2 addition, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2012, vol. 30, no. 1, pp. 139–144. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2011.07.016
Ordan’yan, S.S., Dmitriev, A.I., Bizhev, K.T., and Stepanenko, E.K., Interaction in the B4C–ZrB2 system, Poroshk. Metall., 1988, no. 1, pp. 41–43.
Mestvirishvili, Z., Bairamashvili, I., Kvatchadze, V., and Rekhviashvili, N., Thermal and mechanical properties of B4C–ZrB2 ceramic composite, J. Mater. Sci. Eng., B, 2015, vols. 9–10, pp. 385–393. https://doi.org/10.17265/2161-6221/2015.9-10.007
Chakraborty, S., Debnath, D., Mallick, A.R., and Das, P.K., Mechanical, tribological, and thermal properties of hot-pressed ZrB2–B4C composite, Int. J. Appl. Ceram. Technol., 2014, vol. 9, pp. 1–9. https://doi.org/10.1111/ijac.12290
Dudina, D.V., Hulbert, D.M., Jiang, D., Unuvar, C., Cytron, S.J., and Mukherjee, A.K., In situ boron carbide–titanium diboride composites prepared by mechanical milling and subsequent spark plasma sintering, J. Mater. Sci., 2008, vol. 43, no. 10, pp. 3569–3576. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2563-8
Nikzad, L., Licheri, R., Ebadzadeh, T., Orru, R., and Cao, G., Effect of ball milling on reactive spark plasma sintering of B4C–TiB2 composites, Ceram. Int., 2012, vol. 38, no. 8, pp. 6469–6480. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.05.024
Hulbert, D., Jiang, M.D., Dudina, D.V., and Mukherjee, A.K., The synthesis and consolidation of hard materials by spark plasma sintering, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2009, vol. 27, no. 2, pp. 367–375. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2008.09.011
Shcherbakov, V.A., Gryadunov, A.N., and Alymov, A.I., Synthesis and characteristics of the B4C–ZrB2 composites, Lett. Mater., 2017, vol. 7, no. 4, pp. 398–401. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-4-398-401
Guo, W.-M., Wu, L.-X., You, Y., Lin, H.-T., and Zhang, G.-J., Three-step reactive hot pressing of B4C–ZrB2 ceramics, J. Eur. Ceram. Soc., 2016, vol. 36, no. 4, pp. 951–957. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.11.022
Huang, S., Vanmeensel, K., van der Biest, O., and Vleugels, J., In situ synthesis and densification of submicrometer-grained B4C–TiB2 composites by pulsed electric current sintering, J. Eur. Ceram. Soc., 2011, vol. 31, no. 4, pp. 637–644. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.10.028
Skorokhod, V. and Krstic, V., High strength-high toughness B4C–TiB2 composites, J. Mater. Sci. Lett., 2000, vol. 19, pp. 237–239. https://doi.org/10.1023/A:1006766910536
Wang, Y.-J., Peng, H.-X., Ye, F., and Zhou, Y., Effect of TiB2 content on microstructure and mechanical properties of in-situ fabricated TiB2/B4C composites, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2011, vol. 21, no. 2, pp. 369–373. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61608-7
Svoistva elementov. Spravochnoe izdanie (Properties of Elements: A Handbook), Samsonov, G.V., Ed., Moscow: Metallurgiya, 1976, part 1.
Bolgar, A.S., Turchanin, A.G., and Fesenko, V.V., Termodinamicheskie svoistva karbidov (Thermodynamic Properties of Carbides), Kiev: Naukova Dumka, 1973.
Fiziko-khimicheskie svoistva okislov. Spravochnoe izdanie (Physicochemical Properties of Oxides: A handbook), Samsonov, G.V., Ed., Moscow: Metallurgiya, 1978.
West, A.R., Solid State Chemistry and Its Applications, Chichester: Wiley, 1985, part 1.
Kuznetsov, F.A. and Smirnova, T.P., Fundamental’nye osnovy protsessov khimicheskogo osazhdeniya plenok i struktur dlya nanoelektroniki (Fundamental Principles behind the Growth of Films and Structures for Nanoelectronics by Chemical Deposition), Novosibirsk: Sib. Otd. Ross. Akad. Nauk, 2013.
Sulyaeva, V.S., Shestakov, V.A., Rumyantsev, Yu.M., and Kosinova, M.L., Synthesis of zirconium diboride films and ZrB2/BCxNy heterostructures, Inorg. Mater., 2018, vol. 54, no. 2, pp. 133–139. https://doi.org/10.1134/S0020168518020152
Shestakov, V.A., Kosyakov, V.I., and Kosinova, M.L., Chemical vapor deposition of boron-containing films using B(OAlk)3 as precursors: thermodynamic modeling, Russ. Chem. Bull., 2019, no. 11, pp. 1983–1990.
Kiseleva, N.N., Komp’yuternoe konstruirovanie neorganicheskikh soedinenii. Ispol’zovanie baz dannykh i metodov iskusstvennogo intellekta (Computer Design of Inorganic Compounds: Use of Databases and Artificial Intelligence Methods), Moscow: Nauka, 2005.
Gurvich, L.V., Veits, I.V., Medvedev, V.A., Khachkuruzov, G.A., Yungman, V.S., Bergman, G.A., Baibuz, V.F., Iorish, V.S., Yurkov, G.N., Gorbov, S.I., Nazarenko, I.I., Dorofeeva, O.V., Kuratova, L.F., Osina, E.L., Gusarov, A.V., Leonidov, V.Ya., Przheval’skii, I.N., Rogatskii, A.L., Efremov, Yu.M., Ryabova, V.G., Zitserman, V.Yu., Khait, Yu.G., Shenyavskaya, E.A., Efimov, M.E., Kulemza, V.A., Khodeev, Yu.S., Tomberg, S.E., Vdovin, V.N., Yakobson, A.Ya., and Demidova, M.S., Termodinamicheskie svoistva individual’nykh veshchestv: Spravochnoe izdanie (Thermodynamic Properties of Pure Substances: A Handbook), Moscow: Nauka, 1982, vol. 4, issue 1.