Питома поверхня, розміри кристалітів AlB12-nano продуктів взаємодії "BN-Al" у вакуумі
Анотація
Бору карбід (БК, B15-xCx В4С) має унікальні поєднання властивостей. Це обумовлює його, як матеріал, щодо пріоритетних застосувань для широкого кола інженерних рішень. Висока температура плавлення та термостійкість сполуки сприяє до застосування у вогнетривких умовах. Завдяки надзвичайній стійкості до стирання В4С використовують, як абразивні порошки та покриття. Завдяки високій твердості та низькій щільності, B15-xCx відрізняється балістичними характеристиками. Зазвичай, він використовується в ядерних програмах, як абсорбент нейтронного випромінювання Кераміка бору карбіду (В15-хСх або БК) при дії високих зсувних напружень може втрачати міцність та в’язкість внаслідок ефекту аморфізації. Додекаборид алюмінію AlB12 або В12Al, як і бору карбід В12[(ССС)x(CBC)1-x] мають спільні структурні одиниці В12 сімейства бор-ікосаедричних структур. Зв'язок між ними відбувається здебільше за рахунок атомів (Al, Si, O) або ланцюжків, (CMC), де М – Al, Si, B, C. Легування порошку БК невеликою кількістю AlB12, у випадках ударно-зсувного напруження, запускає механізм «мікро-крекінгу». Утворюються мікро тріщини та пори (cracks and pores) в кераміці. Напруга руйнування зменшується. Синтез AlB12 пов’язано з відомими труднощами. З іншого боку. Виробництво металокерамічних матеріалів протягом декількох десятиліть пов'язане з взаємодією рідкого алюмінію та нітриду бору. Розрахунок теплоти реакції, показує, що вона екзотермічна. Уникаючи окислення у вакуумі, реакція відбувається шляхом утворення нітриду алюмінію та додекабориду алюмінію. На відміну від рідкого стану, процес триває до кінця, при умовних температурах випаровування алюмінію з незначними змінами вакууму. Продукт реакції являє собою суміш нанорозмірних порошків AlN/AlB12 із ваговим співвідношенням 3/1, готових до спікання без подрібнення. Кислотно-основні властивості нанорозмірної порошкової суміші AlN+AlB12, продуктів взаємодії BN+Al у вакуумі в чистих фазах нітриду алюмінію та додекабориду алюмінію виділяють окремо. Вихід AlB12 становить ~ 25%, по бору досягає ~ 100%. Середній розмір частинок порошків AlB12 за даними TEM та OKP (рентгенівська область когерентного розсіювання), L (нм) становить LTEM = 110-150 нм, LOKP = 51-70 нм. Середня питома поверхня порошку за BET, TEM та OKP, SBET.м2/г = 21,0-15,0; STEM. м2/г = 21,4-15,4; SOKP .м2/г = 46,1-33,6; (при 1460 та 1640K відповідно).
Посилання
1. Domnich V., Reynaud S., Haber R. A., Chhowalla M. Boron Carbide: structure; properties; and stability under stress. J. Am. Ceram. Soc. 2011. 94(11): 3605. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04865.x
2. Stachin J. D., Pyzik A., Carrol D., Prunier A., Allen T. Boron Carbide Aluminum Cermet is for Pressure Housing Applications. Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center. RDT&E Division, San Diego, California 92152-5000, Technical Report 1574, September 1992: 192.
3. Yijun Du', Shuyou Li, K. Zhang', K. Lu' BN/Al composite formation by high-energy ball milling. Scrypta Materialia. 1997. 36(1): 7. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(96)00335-1
4. Ehsan Ghasali, Masoud Alizadeh, Touradj Ebadzadeh, Amir hossein Pakseresht, Ali Ranbari. Investigation on microstructural and mechanical properties of B4C-aluminum matrix composites prepared by microwave sintering. J. Mater. Res. Technol. 2015. 4(4): 411. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.02.005
5. Agus Pramono, Lembit Kommel, Lauri Kollo, Renno Veinthal. The Aluminum Based Composite Produced by Self-Propagating High Temperature Synthesis. Materials Science (Medziagotira). 2016. 22 (1): 1392. https://doi.org/10.5755/j01.ms.22.1.7500
6. Qian Zhao, Yunhong Liang, Zhihui Zhang, Xiujuan Li, Luguan Ren. Microstructure and Dry-Sliding Wear Behavior of B4C Ceramic Particulate Reinforced Al 5083 Matrix Composite. Metals. 2016. 6(227). 1; https://doi.org/10.3390/met6090227
7. S. Wu, G. Xiao, L. Xue, L. Xue, M. Zhai, W. Zhu. Solid reaction between Al and B4C. Canadian Metallurgical Quarterly. 2015. 54(2): 247. https://doi.org/10.1179/1879139514Y.0000000178
8. Firestein K. L., Steinman F. E., Golovin I. S., Joan Cifre, Obraztsova E. A. , Matveev A. T., Kovalskii A. M., Lebedev O. I. Fabrication, characterization and mechanical properties of spark plasma sintered Al - BN nanoparticle composites. Materials Science & Engineering. 2015. 642: 104. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.06.059
9. Patent UA, IPC (2016.01), С01В 35/04 (2016.01). Mazur, VB Muratov, VV Garbuz, EV Kartuzov, OO Vasiliev. Method for obtaining AlB12 aluminum dodecaboride powder. PV - Patent for utility model №UA107193U; filed 11/26/2015; published 25.05.2016, Bull. № 10.
10. Patent UA IPC (2016.01), С01В 35/04 (2016.01). Mazur, VB Muratov, VV Garbuz, EV Kartuzov, OO Vasiliev. Impact-resistant ceramics based on aluminum dodecaboride. PV - №UA107259U; filed 15.12.2015; published 25.05.2016, Bull. № 10.
11. Ahmet Korogly, Derek P. Thompson Production of Ь-AlB12, AlB24C4, AlB12C2 and Al3B48C2 powders in vacuum. Journal of the European Ceramic Society, 2012. 32. 3501. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.04.032
12. Methods of chemical analysis of boron-containing refractory compounds. Pod. ed. TN Nazarchuk, Preprint №12, Kiev: IPM AN USSR.1984. 60.
13. Analysis of refractory compounds. Ed. GV Samsonova, M .: GNTILCHTsM, 1962.256
14. .Garbuz V.V. Methods of gas analysis. INORGANIC MATERIAL STUDIES: Encyclopedia. ed .: in 2 volumes floor. ed. V.V. Skorokhod, G.G. Gnesin. Kiev: Science. Dumka 2008. .1: Fundamentals of materials science. 858 (Ukrainian)
15. Wasserman A.M., Kunin L.L., Surovoy Yu. N. Determination of gases in metals. The method of reductive melting in the atmosphere of the carrier gas. M .: Nauka, 1976. 344.
16. V.A. Dubok, V.I. Kornilova, L.E. Pechentkovskaya, E.V. Yukhimenko, G.T. Kabannik, V.V. Garbuz, G.Z. Omelchenko. Improvement of methods of chemical analysis of refractory compounds and metal alloys. Kiev: Scientific Opinion, 1988. 40 .
17. GOST 27417-87. Metal powders. Methods for determining oxygen. Publishing House of Standards. M 1988. 9
18. V.V. Garbuz, M.D. Bega, V.A. Petrova, L.S. Suvorova, L.M. Kuzmenko, S.K Shatskikh Study of oxidation of industrial powders of boron carbide by methods of chemical analysis Powder metallurgy. 2014. 7/8. 151(Ukrainian)
19. Zhibak T.M., Boychuk Yu. V., Bardakov B.V., Shkotova L.V., Duda T.I., Muratov V.B., Garbuz V..V, Vasiliev O.O., Korpan Ya. I., Biloivan O.A. Carbon nanomaterials: Investigation of characteristics and use in biosensor technology. Nanoscale systems and nanomaterials: research in Ukraine. Editorial Board: AG Naumovets (ed.); NAS of Ukraine. - К: Академпериодика 2014. 768 с. il. ISBN 978-966-360-260-8(Ukrainian)
20. Suvorova L.S., Petrova V.A., Lobunets T.F., Garbuz V.V. Determination of the surface of graphene-like boron nitride. Proceedings of IPM NAS of Ukraine, Series "Physico-chemical bases of powder materials technology" Modern problems of physical materials science. Issue 24.Kiev: 2015. 136.
21. Garbuz V.V., Kuzmenko L.M., Suvorova L.S., Petrova V.A., Silinskaya T.A., Shatskikh S.K. Quantitative determination by the method of selective oxidation of free carbon nanoforms in boron carbide powders. Powder metallurgy. 2016 1/2. 50. https://doi.org/10.1007/s11106-016-9777-0
22. F. Yu. Rachinsky, M.F. Rachinsky. Technique of laboratory works. Leningrad: Khimiya, 198. 432
23. Brunauer S. Adsorption of gases and vapors 1948. 1.783.
24. Poltorak O.M. Thermodynamics in physical chemistry. Higher school. 1991. 319
25. .Karnaukhov A.P. Adsorption. Texture of dispersed and porous materials. // Novosibirsk: Nauka. 1999. - 470 p.
26. Higashi I, Sakurai T, Atoda T. Crystal structure of a-AlB12 Journal of Solid State Chemistry. Volume 20, Issue 1 1977. 67. https://doi.org/10.1016/0022-4596(77)90052-4
