- Код статьи
- S30346428S1026351925030148-1
- DOI
- 10.7868/S3034642825030148
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 3
- Страницы
- 270-288
- Аннотация
- В работе предложен и исследован метод формирования термостойких покрытий из карбида кремния на графитовых изделиях. Покрытие формируется путем одновременного протекания нескольких химических реакций между расплавом кремния, монооксидом углерода и приповерхностной области графита при температурах, незначительно превышающих температуру плавления кремния. Сформированное покрытие имеет толщину до нескольких миллиметров, обладает высокой механической прочностью и твердостью. Образцы исследованы различными методами, включая рамановскую спектроскопию, СЭМ. Исследована термическая стойкость полученных покрытий путем испытаний в высокоэнтальпийных дозвуковых потоках воздуха. Показано, что покрытия выдерживают такое воздействие при температурах до 1750С в течение 30 мин. Выявлены механизмы самовосстановления покрытия под воздействием кислорода при высокой температуре.
- Ключевые слова
- покрытие термохимическая стойкость разрушение ВЧ-плазмотрон высокоэнтальпийные дозвуковые потоки воздуха графит карбид кремния
- Дата публикации
- 04.01.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 11
Библиография
- 1. Li J., Dunzik-Gouga M. L., Wang J. Recent advances in the treatment of irradiated graphite: A review // Ann. Nucl. Energy. 2017. V. 110. P. 140-147. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2017.06.040
- 2. Chung D.D.L. Review graphite // J. Mater. Sci. 2002. V. 37. P. 1475-1489. https://doi.org/10.1023/A:1014915307738
- 3. Fallahdoost H., Nouri A., Azimi A. Dual functions of TiC nanoparticles on tribological performance of Al/graphite composites // J. Phys. Chem. Solids. 2016. V. 93. P. 137-144. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2016.02.020
- 4. Py X., Olives R., Mauran S. Paraffin/porous-graphite-matrix composite as a high and constant power thermal storage material // Int. J. Heat Mass Transfer. 2001. V. 44. № 14. P. 2727-2737. https://doi.org/10.1016/S0017-9310 (00)00309-4
- 5. Rozenberg A.S., Sinenko Y.A., Chukanov N.V. Regularities of pyrolytic boron nitride coating formation on a graphite matrix // J. Mater. Sci. 1993. V. 28. P. 5528-5533. https://doi.org/10.1007/BF00367825
- 6. Chen Z.B., Bian H., Hu S.P., Song X.G., Niu C.N., Duan X.K. et al. Surface modification on wetting and vacuum brazing behavior of graphite using AgCu filler metal // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 348. P. 104-110. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.05.039
- 7. Cho Y.J., Summerfield A., Davies A., Cheng T.S., Smith E.F., Mellor C.J. et al. Hexagonal boron nitride tunnel barriers grown on graphite by high temperature molecular beam epitaxy // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 34474. https://doi.org/10.1038/srep34474
- 8. Fu Q.G., Li H.J., Shi X.H., Li K.Z., Sun G.D. Silicon carbide coating to protect carbon/ carbon composites against oxidation // Scr. Mater. 2005. V. 52. № 9. P. 923-927. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.12.029
- 9. Wang R.Q., Zhu S.Z., Huang H.B., Wang Z.F., Liu Y.B., Ma Z., Qian F. Low-pressure plasma spraying of ZrB2-SiC coatings on C/C substrate by adding TaSi2 // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 420. P. 127332. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127332
- 10. Liu X.F., Huang Q.Z., Su Z.A., Jiang J.X. Preparation of SiC coating by chemical vapor reaction // J. Chin. Ceram. Soc. 2004. V. 32. № 7. P. 906-910.
- 11. Kang P., Zhang B., Chen G., Wu G. Synthesis of nanostructured SiC coatings on carbon fibres by in situ reaction sintering with milled powders // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 205. № 2. P. 294-298. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.06.043
- 12. Okuni T., Miyamoto Y., Abe H., Naito M. Joining of silicon carbide and graphite by spark plasma sintering // Ceram.Int. 2014. V. 40. № 1. P. 1359-1363. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.07.017
- 13. Lee J.E., Kim B.G., Yoon J.Y., Ha M.T., Lee M.H., Kim Y. et al. The role of an SiC interlayer at a graphite-silicon liquid interface in the solution growth of SiC crystals // Ceram.Int. 2016. V. 42. № 10. P. 11611-11618. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.04.060
- 14. Zhu Q., Qiu X., Ma C. Oxidation resistant SiC coating for graphite materials // Carbon. 1999. V. 37. № 9. P. 1475-1484. https://doi.org/10.1016/S0008-6223 (99)00010-X
- 15. Li Y., Wang Q., Fan H., Sang S., Li Y., Zhao L. Synthesis of silicon carbide whiskers using reactive graphite as template // Ceram.Int. 2014. V. 40. № 1. P. 1481-1488. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.07.032
- 16. Hu L., Zou Y., Li C. H., Liu J. A., Shi Y. S. Preparation of SiC nanowires on graphite paper with silicon powder // Mater. Lett. 2020. V. 269. P. 127444. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127444
- 17. Al-Ruqeishi M.S., Nor R.M., Amin Y.M., Al-Azri K. Direct synthesis of β-silicon carbide nanowires from graphite only without a catalyst // J. Alloys Compd. 2010. V. 497. № 1-2. P. 272-277. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.03.025
- 18. Haibo O., Hejun L., Lehua Q., Zhengjia L., Jian W., Jianfeng W. Synthesis of a silicon carbide coating on carbon fibers by deposition of a layer of pyrolytic carbon and reacting it with silicon monoxide // Carbon. 2008. V. 46. № 10. P. 1339-1344. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.05.018
- 19. Grashchenko A.S., Kukushkin S.A., Osipov A.V., Redkov A.V. Formation of composite SiC-C coatings on graphite via annealing Si-melt in CO // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 423. P. 127610. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127610
- 20. Гращенко А.С., Кукушкин С.А., Осипов А.В., Редьков А.В. Механические свойства композитного покрытия SiC на графите, полученного методом замещения атомов // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. № 20. С. 7-10. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.20.51605.18918
- 21. Kukushkin S.A., Osipov A.V., Feoktistov N.A. Synthesis of epitaxial silicon carbide films through the substitution of atoms in the silicon crystal lattice: A review // Phys. Solid State. 2014. V. 56. P. 1507-1535. https://doi.org/10.1134/S1063783414080137
- 22. Kukushkin S.A., Osipov A.V. A new method for the synthesis of epitaxial layers of silicon carbide on silicon owing to formation of dilatation dipoles // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. № 2. P. 024909. https://doi.org/10.1063/1.4773343
- 23. Kukushkin S.A., Osipov A.V. Theory and practice of SiC growth on Si and its applications to wide-gap semiconductor films // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. № 31. P. 313001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/31/313001
- 24. Kukushkin S.A., Osipov A.V. New method for growing silicon carbide on silicon by solidphase epitaxy: Model and experiment // Phys. Solid State. 2008. V. 50. P. 1238. https://doi.org/10.1134/S1063783408070081
- 25. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4 // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2008. № 7. С. 18-18.
- 26. Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Гордеев А.Н., Симоненко Н.П., Колесников А.Ф., Папынов Е.К. и др. Поведение керамического материала HfB2-SiC (45 об. %) в потоке диссоциированного воздуха и анализ спектра излучения пограничного слоя над его поверхностью // Журнал неорганической химии. 2015. Т. 60. № 11. С. 1485-1485. https://doi.org/10.7868/S0044457X15110136
- 27. Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В., Лысенков А.С., Нагорнов И.А. и др. Модификация UHTC состава HfB2-30% SiC графеном (1 об. %) и ее влияние на поведение в сверхзвуковом потоке воздуха // Журнал неорганической химии. 2021. Т. 66. № 9. С. 1314-1325. https://doi.org/10.31857/S0044457X21090142
- 28. Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В., Папынов Е.К., Шичалин О.О. и др. Воздействие сверхзвукового потока азота на керамический материал Ta4HfC5-SiC // Журнал неорганической химии. 2023. Т. 68. № 4. С. 551-559. https://doi.org/10.31857/S0044457X22602358
- 29. Tuinstra F., Koenig J.L. Raman spectrum of graphite // J. Chem. Phys. 1970. V. 53. № 3. P. 1126-1130. https://doi.org/10.1063/1.1674108
- 30. Nakashima S., Harima H. Raman investigation of SiC polytypes // Phys. Status Solidi A. 1997. V. 162. № 1. P. 39-64. https://doi.org/10.1002/1521-396X (199707)162:139::AID-PSSA393.0.CO;2-L
- 31. Китаев Ю.Э., Кукушкин С.А., Осипов А.В., Редьков А.В. Новая тригональная (ромбоэдрическая) фаза SiC: abinitio расчеты, симметрийный анализ и рамановские спектры // ФТТ. 2018. Вып. 10. С. 2030-2035. https://doi.org/10.21883/FTT.2018.10.46534.107
- 32. Perova T.S., Kukushkin S.A., Osipov A.V. Raman microscopy and imaging of semiconductor films grown on SiC hybrid substrate fabricated by the method of coordinated substitution of atoms on silicon // Handbook of silicon carbide materials and devices / Ed. Z.C. Feng. Boca Raton: CRC Press, 2022. P. 327-372. https://doi.org/10.1201/9780429198540
- 33. Bates J.B. Raman spectra of α and β cristobalite // J. Chem. Phys. 1972. V. 57. № 9. P. 4042-4047. https://doi.org/10.1063/1.1678878
- 34. Redkov A.V., Grashchenko A.S., Kukushkin S.A., Osipov A.V., Kotlyar K.P., Likhachev A.I. et al. Studying evolution of the ensemble of micropores in a SiC/Si structure during its growth by the method of atom substitution // Phys. Solid State. 2019. V. 61. P. 299-306. https://doi.org/10.1134/S1063783419030272
- 35. Anisimov K.S., Malkov A.A., Malygin A.A. Mechanism of thermal oxidation of silicon carbide modified by chromium oxide structures // Russ. J. Gen. Chem. 2014. V. 84. P. 2375-2381. https://doi.org/10.1134/S1070363214120032
- 36. Горский В.В., Гордеев А.Н., Дудкина Т.И. Аэротермохимическая деструкция карбида кремния, омываемого высокотемпературным потоком воздуха // ТВТ. 2012. Т. 50. Вып. 5. С. 692-699.