RU2655717C2 - Способ получения керамического материала на основе карбида бора - Google Patents
Способ получения керамического материала на основе карбида бора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655717C2 RU2655717C2 RU2016142905A RU2016142905A RU2655717C2 RU 2655717 C2 RU2655717 C2 RU 2655717C2 RU 2016142905 A RU2016142905 A RU 2016142905A RU 2016142905 A RU2016142905 A RU 2016142905A RU 2655717 C2 RU2655717 C2 RU 2655717C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron carbide
- ceramic material
- temperature
- pressure
- material based
- Prior art date
Links
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N carbon disulfide-14c Chemical compound S=[14C]=S QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/563—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on boron carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения низкопористого материала на основе карбида бора с пористостью 1-2% при пониженной (ниже 1000°С) температуре спекания. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости при высоких температурах. Способ получения включает воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000°С и давлении 2-5 ГПа. 3 пр.
Description
1. Область техники
Изобретение относится к способу получения керамического материала на основе карбида бора. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенную твердость при высоких температурах.
2. Предпосылки для создания изобретения
Известно, что спекание карбида бора (стехиометрическое соотношение около В4С) без добавок требует высоких температур 2100-2200°С при давлении 0,3-0,4 ГПа (F. Thevenot, J. Euro. Ceram. Soc. 6 (1990) 205-225, F. Thevenot, Key Eng. Mater. 56-57 (1991) 59-88). Изменение стехиометрии в пределах В4С - В10С снижает температуру спекания на 100°С (до 2000-2100°С), ухудшая при этом механические свойства. В промышленности используют преимущественно карбид бора в стехиометрии В4С (Francois Thevenot. Boron Carbide A Comprehensive Review. Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225). Для снижения температуры спекания (патенты США 2013/0288879 (31.10.2013 С04В 35/563), 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56), 4104062 (01.08.1978 B22F 3/00), Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225) используют многочисленные добавки. В частности, в случае горячего прессования используют чистые элементы, например Mg, Al, V, Cr, Fe, Со, Ni, Cu, Si и Ti, и соединения, например стекло, BN, MgO, Al2O3, Mg(NO3)2, Fe2O3, MgF2 и AlF3. Для спекания при атмосферном давлении предварительно спрессованных образцов используют такие добавки, как Cr, Со, Ni, Al, Mg, TiB2, CrB2, Al, SiC, Be2C, SiC+Al, В+С, В+Si W2B5, TiB2+C, TiB2, AlF3. Добавки позволяют снизить температуру спекания до 1800-2200°С.
В патенте США 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56) при спекании карбида бора В4С были использованы добавки SiC и Al. Образец спекали при температурах 2050-2200°С при атмосферном давлении, и плотность спеченных образцов составляет 94% от теоретической плотности.
Существенным недостатком существующих способов спекания карбида бора является высокая температура спекания, которую трудно достичь в существующих аппаратах высокого (больше 2 ГПа) давления, а в случае спекания при низких давлениях образцы получаются с высокой пористостью (4-6%), что существенно ухудшает механические свойства керамики.
Наиболее близким аналогом изобретения является патент RU 2556673, в котором использовался материал на основе карбида бора от 30 до 70 мас. %, фуллерен С60 и сероуглерод в качестве катализатора. Где сероуглерод добавлялся из расчета 0,05 мл на 1 г шихты.
Недостатком данного способа является использование в качестве элемента шихты фуллерена C60, поскольку на сегодняшний момент производство фуллерена является дорогостоящим.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретение является создание керамического материала на основе карбида бора с низкой (1-2%) пористостью и понижение (ниже 1000°С) температуры спекания.
С этой целью предложен способ получения керамического материала на основе карбида бора, включающий воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000 градусов и давлении 2-5 ГПа. Предпочтительно, что сероуглерод добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.
В своих исследованиях авторы использовали следующие известные методики.
Для характеристики структуры полученных образцов использовали известный метод рентгенофазового исследования.
Плотность образцов измеряли известным методом гидростатического взвешивания.
Пример 1. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.
В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.
Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).
Пример 2. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.
В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 2 ГПа и нагревают до температуры 800°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру керамического материала и плотность образцов.
Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,48 г/см3, что соответствует 2% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).
Пример 3. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.
В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 3 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.
Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).
Claims (1)
- Способ получения керамического материала на основе карбида бора, состоящего из карбида бора с добавлением сероуглерода, включающий воздействие на карбид бора с добавлением сероуглерода давлением и температурой, отличающийся тем, что сероуглерод CS2 добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142905A RU2655717C2 (ru) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Способ получения керамического материала на основе карбида бора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142905A RU2655717C2 (ru) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Способ получения керамического материала на основе карбида бора |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016142905A3 RU2016142905A3 (ru) | 2018-05-03 |
| RU2016142905A RU2016142905A (ru) | 2018-05-03 |
| RU2655717C2 true RU2655717C2 (ru) | 2018-05-29 |
Family
ID=62105940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016142905A RU2655717C2 (ru) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Способ получения керамического материала на основе карбида бора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655717C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4320204A (en) * | 1981-02-25 | 1982-03-16 | Norton Company | Sintered high density boron carbide |
| WO2009070131A2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Istanbul Teknik Universitesi Rektorlugu | Boron carbide production method |
| RU2556673C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Способ получения композитного материала на основе углерода и композитный материал |
| US20160002115A1 (en) * | 2013-01-25 | 2016-01-07 | University of Central Florida Reseach Foundation, Inc. | Synthesis and Processing of Ultra High Hardness Boron Carbide |
-
2016
- 2016-11-01 RU RU2016142905A patent/RU2655717C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4320204A (en) * | 1981-02-25 | 1982-03-16 | Norton Company | Sintered high density boron carbide |
| WO2009070131A2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Istanbul Teknik Universitesi Rektorlugu | Boron carbide production method |
| US20160002115A1 (en) * | 2013-01-25 | 2016-01-07 | University of Central Florida Reseach Foundation, Inc. | Synthesis and Processing of Ultra High Hardness Boron Carbide |
| RU2556673C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Способ получения композитного материала на основе углерода и композитный материал |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016142905A3 (ru) | 2018-05-03 |
| RU2016142905A (ru) | 2018-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sahin et al. | Preparation of AlON ceramics via reactive spark plasma sintering | |
| Ying et al. | Synthesis and mechanical properties of high-purity Cr2AlC ceramic | |
| Champagne et al. | Mechanical properties of hot‐pressed B‐B4C materials | |
| Radwan et al. | New synthesis route for Si2N2O ceramics based on desert sand | |
| JPH06505225A (ja) | 無圧焼結法または低圧気体焼結法により製造した高密度の自己強化性窒化ケイ素セラミック | |
| Shao et al. | Characterization of porous silicon nitride ceramics by pressureless sintering using fly ash cenosphere as a pore-forming agent | |
| Guedes-Silva et al. | Effect of rare-earth oxides on properties of silicon nitride obtained by normal sintering and sinter-HIP | |
| Asmi et al. | Self-reinforced Ca-hexaluminate/alumina composites with graded microstructures | |
| Baharvandi et al. | Processing and mechanical properties of boron carbide–titanium diboride ceramic matrix composites | |
| Istomin et al. | Effect of silicidation pretreatment with gaseous SiO on sinterability of TiC powders | |
| RU2655717C2 (ru) | Способ получения керамического материала на основе карбида бора | |
| Yang et al. | Improvement of mechanical properties and corrosion resistance of porous β‐SiAlON ceramics by low Y2O3 additions | |
| Low et al. | Fracture properties of layered mullite/zirconia-toughened alumina composites | |
| Chen et al. | Preparation of zirconium pyrophosphate bonded silicon nitride porous ceramics | |
| Samanta et al. | Near net shape SiC–mullite composites from a powder precursor prepared through an intermediate Al-hydroxyhydrogel | |
| Prikhna et al. | Study of the thermal stability and mechanical characteristics of MAX phases of Ti-Al-C (N) system and their solid solutions | |
| Tan et al. | Effect of TiO2 on sinterability and physical properties of pressureless sintered Ti3AlC2 ceramics | |
| Baharvandi et al. | Investigation on addition of talc on sintering behavior and mechanical properties of B 4 C | |
| Zhou et al. | Synthesis of pure rod-like α-Si3N4 powder with in situ C/SBA-15 composite | |
| Li et al. | Effects of Sm 2 O 3 Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Post-Sintered Reaction-Bonded β-SiAlON | |
| Xu et al. | In situ synthesis and phase analysis of low density O′-sialon-based multiphase ceramics | |
| KR20170057590A (ko) | HIP 소결을 이용한 다이아몬드-SiC 복합체의 합성 방법 | |
| Zhu et al. | Hot-press sintering densification, microstructure and properties of SiC-TiB2/B4C composites | |
| Baharvandi et al. | Investigation on addition of kaolinite on sintering behavior and mechanical properties of B 4 C | |
| Zhou et al. | Synthesis of Ti 3 SiC 2/TiB 2 composite by in-situ hot pressing (HP) method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200110 Effective date: 20200110 |