Получение керамики на основе порошков нитрида кремния методом СВС

добавления пирофосфата натрия. В этом случае содержание серной кислоты должно быть в пределах от 1,7 до 2,2 % для В/Т = 0,89 и от 2,3 до 3,8 % для В/Т = 0,77. При введении пирофосфата приемлемая пластическая прочность может быть достигнута и при меньших значениях H2SO4. Но предположительно при увеличении концентрации серной кислоты рН будет снижаться, и возможно оставаться низким достаточно длительное время. рН цементного теста, не содержащего добавки < 6, тогда как физиологическое рН = 7,4. Низкие значения рН является отрицательным фактором использования костных цементов в ортопедии и травматологии, поскольку они способны вызывать воспаления. Так как введение серной кислоты способно снизить рН, область оптимальных значений необходимо выбирать при низких концентрациях H2SO4. Тогда для достижения необходимой пластической прочности следует вводить пирофосфат натрия в количестве от 1 до 3 % от массы Р-ТКФ в зависимости от В/Т.

В дальнейшем планируется исследовать влияние вышеупомянутых добавок на рН, механическую прочность затвердевшего цементного камня. Кроме того, планируется выяснить влияние различных концентраций водорастворимых полимеров и эфиров целлюлозы на механические свойства цемента и инжектабельность его раствора.

Список литературы

1. Bohner M. Physical and chemical aspects of calcium phosphate used in spinal surgery / M. Bohner //Eur. Spine J. - 2001. - Vol. 10. - P. S114-S121.

2. Патент US 6,733,582 B1.

3. Bohner M. Effect of several additives and their admixtures on the physico-chemical properties of a calcium phosphate cement /M. Bohner, H.P. Merkle, P. Van Landuyt, G. Trophardy, J. Lemaitre //J. Mater. Sci.: Mater. Med. - 2000. - Vol.11. - P. 111-116.

4. Barralet J.E. Ionic modification of calcium phosphate cement viscosity. Part II: hypodermic injection and strength improvement of brushite cement / J.E. Barralet, L.M. Grover, U. Gbu-reck //Biomaterials. - 2004. - Vol.25. - P.2197-2203.

УДК 666.762.93.017

А.С. Лысенков, Ю.Ф. Каргин, А.И. Захаров, С.М. Колесникова, В.В. Закоржевский

Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Институт структурной макрокинетики Российской академии наук, Черноголовка, Россия

ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВ НИТРИДА КРЕМНИЯ МЕТОДОМ СВС

In the present article the process of manufacturing of dense ceramics based on silicon nitride in SHS reactor is considered. An increase in silicon additive content is found to deteriorate the strength behaviour of the material.

В работе рассмотрено получение прочной плотной керамики на основе нитрида кремния методом спекания в СВС-реакторе. Установлено, что увеличение количества вводимого кремния ухудшает прочностные характеристики материала.

Керамические материалы, получаемые из порошков нитрида кремния, благодаря своим уникальным свойствам (высокотемпературная прочность, твердость, коррозионная стойкость в растворах кислот и щелочей, к расплавам металлов и солей, низкий коэффициент термического расширения [1]) нашли широкое применение в таких отраслях промышленности, как электроника, электротехника, цветная и черная металлургия,

авиация [2]. Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) неорганических соединений является перспективным направлением в разработке технологии производства керамических порошков [3]. Выделившееся в результате экзотермической реакции тепло благодаря теплопередаче нагревает соседние слои вещества, возбуждает в них реакцию и приводит к возникновению самораспространяющегося процесса [4].

Целями данной работы являлись получение керамики на основе порошков нитрида кремния и последующий синтез образцов в СВС-реакторе. Формование образцов осуществлялось прессованием.

В работе использовался порошок нитрида кремния, полученный в ИСМАН методом СВС. Порошок низкотемпературной фазы а-Б13К4 характеризовался высокой удельной поверхностью (до 8 м /г) и длина его призматических частиц не превышала 4 мкм. В работе так же использовали порошок нитрида кремния, синтезированный плазмохимическим методом (с удельной поверхностью более 20 м /г) и порошок кремния. Для облегчения спекания нитрида кремния были синтезирована активирующая добавка муллита. Синтез проводили термообработкой совместно осажденных из растворов солей гидроксидов. Порошок нитрида кремния смешивали с добавкой 5 % муллита, после чего вводили 15 % и 30 % порошка элементарного кремния. Образцы формовались на парафине методом двустороннего прессования. Далее производился выжиг связки в засыпке при температуре 400 °С с выдержкой при максимальной температуре в течение 2 часов. Полученные образцы спекали в СВС-реакторе по режиму, представленному на рисунке 1.

После спекания исследовались структура и керамические свойства данных образцов. Анализ структуры с добавкой 15 % кремния показал, что габитус кристаллов нитрида кремния призматический, размер по длинной оси до 2 мкм. Границы кристаллов прямые, четко оформлены. По границам кристаллов кристаллизуется фаза муллита в виде игольчатых кристаллов до 2 мкм. Отмечается начало плавления фазы муллита по границам, отмечается оплавленность зерен муллита. Анализ материала с 30 % кремния показал, что нитрид кремния кристаллизуется в виде призматических кристаллов с размером по длинной оси 3 - 5 мкм.

2500

2000 :

о

» 1500 :

а

ё 1000 :

ш

500

О :

С

Рис. 1. Температурный режим обжига в СВС-реакторе

Изменение вводимого количества кремния от 15 до 30 % не влияет на структуру, которая остается плотной и однородной. Керамические показатели и механические свойства полученных образцов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Свойства керамики.

Добавка Si, % Средняя плотность, г/см3 По, % оШг, МПа

прессовки керамики

15 1,62 2,92 7,3 450

30 1,67 2,88 8,1 380

время сек

Прочность на изгиб определяется не матрицей нитрида кремния, а промежуточной фазой, которая распределяется по границам зерен нитрида кремния в виде непрерывной фазы. Добавка не инертна по отношению к нитриду кремния, она растворяется в зернах нитрида кремния, кристаллизуясь в виде Р-сиалонов.

Спекание в СВС-реакторе проходит в крайне неравновесных условиях, поэтому для получения нитридкремниевой керамики высокого качества необходимо более подробное изучение влияния условий синтеза и характеристик исходного сырья на процессы структуро и фазообразования.

Список литературы

1. Гаршин, А.П. Керамика для машиностроения / В.М. Гропянов, Г.П. Зайцев, С.С. Семенов - М.: Научтехлитиздат, 2003. - 384 с.

2. Огнеупоры и их применение. - М.: Металлургия, 1984. - 446 с.

3. Effect of Dilution and Porosity on Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Silicon Nitride / I.G. Cano, I.P. Borovinskaya, M.A. Rodrigues, V.V. Grachev // J. Amer. Ceram. Soc. - 2002. - V.85. - № 9. - P.2209.

4. Закоржевский, В.В. Особенности синтеза композиций a-Si3N4 - (MgO, Y2O3) в режиме горения и некоторые свойства керамики из них / В.В. Закоржевский, И.П. Боровин-ская, Л.А. Чевыкалова, И.Ю. Келина // Тез. докл. Третьей междунар. конф. «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследование, именение, получение». - Каци-вели, 2004. - С. 178 - 179.

УДК 666.942.82 Д.Е. Ляпидовский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ОРГАНИЧЕСКОЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ НА СВОЙСТВА БЕЛОГО ЦЕМЕНТА

In work influence of additives of plasticizing agent, silicone hydrophobic and silica on structure and properties of white cement is considered. The optimum concentration of additives adequating to the most dense and strong structure of a cement stone is established. Corrosion resistance of the received structure essentially above pure the sample.

В работе рассматривается влияние добавок пластификатора, кремнийорганического гидрофобизатора и кремнегеля на структуру и свойства белого цемента. Установлена оптимальная концентрация добавок, отвечающая наиболее плотной и прочной структуре цементного камня. Коррозионная стойкость полученного состава существенно выше бездобавочного образца.

Современное промышленное и гражданское строительство характеризуется высокими требованиями к дизайну и внешнему архитектурному и колористическому оформлению зданий, сооружений и строительных комплексов. Решение этой важнейшей проблемы возможно только при использовании эффективных отделочных строительных материалов, в том числе декоративных, которые должны обладать необходимым комплексом строительно-технических и декоративных свойств, особенно в условиях современного скоростного индустриального многоэтажного строительства [1]. Применяемые для этих целей декоративные строительные материалы должны отвечать жестким требованиям к прочности, коррозионной и морозостойкости, обеспечивать