The study of technological peculiarities for improvement of chemical and physico-mechanical properties of reaction-sintered ceramic materials based on molybdenum disilicide

Abstract

Описано рекомендовані шляхи покращення хімічних та фізико-механічних властивостей реакційно-спечених керамічних матеріалів на основі дисиліциду молібдену. Для значного підвищення робочих температур і зміни на більш жорсткі умови експлуатації керамічних виробів необхідне вдосконалення уже існуючих способів обробки кераміки та суттєва зміна розроблення нових. Досліджено й проаналізовано різні напрями обробки керамічних матеріалів, які передбачають введення активуючих добавок, зміцнення дисперсними частинками, ниткоподібними кристалами і волокнами та нанесення захисного покриття для запобігання швидкого окислення приповерхневих шарів. Проведення часткового очищення початкових вихідних компонентів від різних домішок суттєво може збільшувати деякі характеристики дисиліцид молібденової кераміки. Досліджено, що значний вплив на фізико-механічні властивості (теплопровідність, питомий електроопір, коефіцієнт термічного розширення та міцність) дисиліцид молібденової кераміки мають домішки, котрі внесенні в матеріал основи як з вихідними складовими, так і в процесі його технологічного отримання. Встановлено, що підвищити експлуатаційні температури й забезпечити використання у жорсткіших умовах роботи керамічних матеріалів на основі дисиліциду молібдену можна шляхом введення у шихту порошків алюмінію, бору, берилію, заліза, ітрію, нікелю та кобальту, зміцненням дисперсними частинками дибориту титану і нанесенням захисного покриття, яке включає технологію силіціювання й титанування. Встановлено, що за високих температур у присутності кремнієвого розплаву відбувається синтез і кристалізація дисиліциду молібдену на зернах у приповерхневих шарах, а також розчинення й перекристалізація субмікронних частинок дисиліциду молібдену на певній глибині. На основі аналізу літературних даних і проведених досліджень запропоновано комплекс заходів, направлених на покращення хімічних та фізико-механічних властивостей реакційно-спечених керамічних матеріалів на основі дисиліциду молібдену.

Recommended ways to improve the chemical and physico-mechanical properties of reaction-sintered ceramic materials based on molybdenum disilicide have been described. In order to significantly increase the operating temperatures and change to more stringent operating conditions for ceramic products, it is necessary to improve existing methods of processing ceramics and significantly change the development of new ones. Various means for processing of ceramic materials have been studied and analyzed, which include the introduction of activating additives, hardening with dispersed particles, filamentary crystals and fibers and application of a protective coating to prevent rapid oxidation at surface layers. Carrying out partial purification of the initial starting components from various impurities can significantly increase some characteristics of the disilicide of molybdenum ceramics. Disilicide of molybdenum ceramics has been researched to have significant influence on the physical and mechanical properties (thermal conductivity, electrical resistance, coefficient of thermal expansion and strength) of molybdenum ceramics disilicides, which are introduced into the base material both with the initial components and in the process of its technological production. It has been established that it is possible to increase operating temperatures and ensure the use of molybdenum disilicide-based ceramic materials in harsher working conditions can be achieved by introducing of aluminum, boron, beryllium, iron, yttrium, nickel and cobalt powders into the charge, strengthening titanium coating, which includes silicification and titanium technology. It has been researched that at high temperatures and in the presence of molten silicon the synthesis and crystallization of molybdenum dicilicide occur on the grains in the surface layers, as well as dissolution and recrystallization of submicron particles of molybdenum dicilicide take place at certain depth. Based on the published data analysis and conducted research, the complex of measures for improving the chemical and physico-mechanical properties of reaction-sintered ceramic materials based on molybdenum disilicide has been proposed.