Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Синтез карбидных композиционных материалов

Ю.И. Рябков, П.В. Истомин, А.В. Надуткин, 
П.А. Ситников, В.Э. Грасс

Институт химии Коми НЦ УрО РАН,
167982, РФ Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 48
E-mail: rui.chemi@ksc.komisc.ru  

Карбиды титана, алюминия, кремния, включая сложные карбидно-силицидные и карбидно-оксидные фазы, способны образовывать композиционные материалы с разнообразным набором свойств. Так, наряду с широко известными материалами на основе карбида кремния с оксидами алюминия и циркония, нитридами алюминия и кремния, углеродом, и др., вызывают интерес композиции карбида кремния со сложными карбидными соединениями - слоистым карбидосилицидом титана Ti₃SiC₂ и оксикарбидом алюминия Al₂OC. Фаза Ti₃SiC₂ обладает уникальными механическими характеристиками, не свойственными для керамических материалов: пластичностью при высоких температурах, высокой прочностью, как в хрупком, так и в пластичном состоянии, высокой трещиностойкостью (K_IC до ~ 10 МПа/м^0,5) и, как следствие, нечувствительностью к термоудару и сравнительно легкой механической обрабатываемостью. Фаза Al₂OC позволяет регулировать на стадии синтеза механические характеристики и устойчивость к окислению карбидкремниевых композиционных материалов.

Одним из сдерживающих факторов для широкого использования в материаловедении уникальных свойств указанных фаз в карбидных композициях является сложность их получения в виде однофазного продукта. Анализ известных методов синтеза Ti₃SiC₂ показал, что основная причина неоднофазности состоит в нарушении исходной стехиометрии, обусловленной испарением кремния из реакционной смеси при протекании сильно экзотермических реакций. 

Идея предлагаемого нами способа получения однофазного Ti₃SiC₂ состоит в том, чтобы использовать эффект испарения кремния для регулирования химического состава реакционной смеси. С этой целью предлагается проводить синтез в условиях динамического вакуума при температурах, обеспечивающих требуемую интенсивность испарения избытка кремния, либо в качестве исходного реагента использовать химически связанный кремний, например, в виде SiC.     

Для решения проблемы синтеза монофазного оксикарбида алюминия ключом является оптимизация процессов образования при высоких температурах газообразных продуктов в системе Al – O – C и поддержания определенных значений парциальных давлений монооксидов алюминия и углерода.