Файл: Шамрай, Ф. И. Сплавы вольфрама, молибдена и ниобия с бором и углеродом.pdf

карбид бора; основные примеси — Fe, Si, А1 по 0,1%; Са, Na по

0,01%; 99,5% SiC.

Положение исследованных сплавов показано на рис. 2. Иссле­ дование проведено методами рентгеновского и микроструктурного анализов. Определяли температуру плавления, твердость и шли­ фующую способность. Сплавы разреза SiC—В4С готовили горя­ чим прессованием порошков при 2000° и давлении 100 кГ/мм2

Рис. 1. Диаграмма состоя­ ния разреза SiC—В4С [5]

с последующим спеканием в трубчатой печи при 1800° — 17 ч, 2000° — 10 ч и 2100° - 4 ч под давлением аргона 400 мм. Во всех случаях, независимо от условий спекания, рентгеновский анализ показал наличие двух фаз — SiC и В4С.

На рис. 3 показаны результаты термического анализа сплавов разреза в сравнении с данными [8]. Эвтектика находится при 35 мол.% SiC и 2240° [9|. Опыты травления спеченных при 1800°'~ образцов показали абсолютную устойчивость к холодной и теплой HF, HN03, парам GI и Вг, расплаву NaOH, щелочным растворам. Образцы, богатые SiC, электролитически травились в водном раст­ воре щавелевой кислоты, а смесь хромовой и уксусной кислот не оказывала действия. Микротвердость SiC и В4С находилась в обычных пределах от 3100 до 3300 и 5400—6000 кГ/мм2 в отличие от работы [7J. Результаты определения шлифующей способности сплавов разреза показаны на рис. 4.

Разрез В—SiC. В работе [3] появление второй фазы наблюдали в сплавах, содержащих 3—4% В. Предположено, что при добавле­

формулой B3Si2C2. Все сплавы разреза обладали полупроводнико­ выми свойствами и высокой жаростойкостью.

В работе [7J максимальная растворимость бора в SiC оценива­ лась как 7,8%.

А. Калинина и др. [10] исследовали участок фазовой диаграм­ мы Si—В—С вблизи разреза В—SiC. Сплавы были изготовлены методами однократного и двукратного горячего прессования при 1900—2000° под давлением 50—70 кПсм2 с длительной гомогени­ зацией. В зависимости от условий синтеза сплавов SiC кристалли­ зуется в кубической (З-SiC модификации или гексагональной а -SiC модификации различных политипов. После I стадии син­ теза (спекание в течение 3 мин при 1900—2000° под давлением

108

с

Рис. 2. Расположение исследованных сплавов в системе Si—В—С [1 ]

50—70 кПсм2) сплавы 1 и 2 (табл. 1) состоят из кристаллов твердо­ го раствора на основе SiC и твердого раствора на основе кремния. В сплаве 1 SiC кристаллизуется в основном в кубической модифи­ кации (3-SiC. С увеличением количества бора в шихте содержание

В сплаве 8 весь SiC кристаллизуется в гексагональной модифика­ ции.

После II стадии синтеза (дробление сплавов и горячее прес­ сование в аналогичных условиях, затем гомогенизация (280 ч) в

№

Таблица 1. Данные химического анализа сплавов (в вес. %)*

* Пересчитанона 100% и округлено.

среде аргона по режиму [4]) сплавы 1 и 2 образованы в основном кристаллами твердого раствора на основе а -SiC. Сплавы 3 —8 сос­ тоят из твердого раствора на основе a-SiC, твердого раствора на

Рис. 4. Шлифующая способность сплавов разреза В4С—SiC [1]

Таким образом, микроскопическое и рентгеновское исследова­ ния сплавов, близких к разрезу В—SiC, показали, что на двух различных стадиях синтеза они по качественному фазовому со­ ставу не отличаются друг от друга и состоят из кристаллов твердых растворов на основе SiC (основная фаза), кремния и карбида бора.

110

\

Согласно [11], углерод и кремний практически не растворяются в SiC. Очевидно, твердый раствор на основе SiC образован бором, замещающим кремний в решетке SiC. По данным измерения перио­ да решетки a-SiC — 6Н растворимость бора в SiC составляет немногим более 3%. Согласно работе [12], содержание бора в твер­ дом растворе в a-Sic, определенное фазовым химическим анализом, не превышает 3,4%.

Сплавы разреза В—SiC с содержанием 3—5% В обладали наи­ высшей термостойкостью и сопротивлением окислению при высо­ ких температурах. Киффер [1] провел рентгеновское исследование горячепрессованных и спеченных при 2000° в течение 12 ч образ­ цов по разрезу В—SiC и обнаружил две фазы SiC и В4С.

Разрез Si—В4С. Немисскийи др. [13] изготовил как через газо­ вую фазу, так и методом порошковой металлургии соединение € 74,5% В, 19,9% С и 5,7 Si. Соединение обнаружило все свойства карбида бора и рассматривается как раствор кремния в карбиде бора. Киффер [1] проводил опыты на горячепрессованных и отож­ женных образцах (атмосфера аргона в печи с углеродной трубой при 1800° — 8 ч и 2000° — 6 ч). Установлены фазы В4С и SiC и только в неотожженных образцах наблюдался еще кремний. Рас­ творимость кремния в В4С определялась с помощью микроанали­

ратуры плавления кремния с последующим кратковременным нагревом при 2300°. Рентгеновский фазовый анализ образцов, дополнительно отожженных при 1900°—9 ч, обнаружил следую­ щие фазы: основа В4С, как вторую фазу SiC (у образцов, содержа­ щих 10—80% SiB4); SiB6 (у образцов, содержащих от 80 до 90% SiB4).

Тройные соединения на разрезе не обнаружены. Борид крем­ ния SiB4_x при температурах выше 1350° разлагается (SiB4_x ^ ^ SiB6 + Si), кремний реагирует с борокарбидом с образованием

SiC.

Фазовая диаграмма системы Si—В—С [1]. Исходные материа­ лы, применявшиеся Киффером — бор, углерод и порошок крем­ ния, прессовали при удельном давлении 1 Т/см2 и подпекали в вакуумной печи с угольной трубой при 1300° — 5 ч. Термиче­ скую обработку для построения изотермических сечений прово­ дили в угольной трубе в автоклаве при 1700 и 1900 °С. Обнару­ жены фазы: Si, SiC, В4С, SiB6, SiB12+x и С. Диаграмма плавко­ сти системы показана на рис. 5. В кремниевом углу при добавле­ нии незначительного количества углерода температура плавления сплавов круто поднимается. Тройная эвтектика расположена близ­ ко к двойной эвтектике системы В —Si; te = 1360°.

Изотермические сечения системы, построенные по данным мик­ роскопических, рентгенографических, аналитических исследова­

111