Газотранспортный синтез нанокристаллического карбида кремния и получение высокопрочной керамики на его основе

Проект направлен на разработку нового подхода к синтезу слабоагломерированных порошков нанокристаллического карбида кремния. Наиболее важными достоинствами предлагаемого подхода являются высокие однородность и чистота получаемого продукта, а также хорошая управляемость и масштабируемость процесса. Концептуальная основа синтеза состоит в том, чтобы организовать в одном квазизамкнутом реакционном объёме совместное протекание двух сопряжённых газофазных реакций: реакции силицирования графитизированных форм углерода газом SiO; и реакции карбидизации кремния газом CO. 2C + SiO = SiC + CO, 2Si + CO = SiC + SiO. Обе реакции сопровождаются формированием наноразмерных частиц SiC на поверхности твёрдофазного реагента-прекурсора (углерода, либо кремния). При этом за счёт сопряжённости реакций возникает стабильный двунаправленный транспорт вещества через газовую фазу от одного твёрдофазного реагентапрекурсора к другому. Это придаёт процессу объёмный характер и позволяет добиться высокой однородности синтеза наноразмерных частиц SiC во всём реакционном объёме. Также становится возможным проводить синтез до полного расходования реагентов-прекурсоров, что позволяет получать высокочистый продукт, минимально загрязнённый остатками исходных реагентов. Для управления скоростью синтеза предлагается вводить в реакционный объём в небольших количествах газогенерирующие реакционные смеси, которые при нагревании выделяют газы SiO и CO: Si + SiO2 = 2SiO Si + 2TiO2 = Ti2O3 + SiO C + 2TiO2 = Ti2O3 + CO В ходе выполнения проекта планируется изучить общие закономерности газотранспортного синтеза нанокристаллического SiC, связанные с влиянием режимов термической обработки, параметров загрузки реактора, компонентного состава газогенерирующих реакционных смесей и химической природы твёрдофазных реагентов-прекурсоров на выход целевого продукта и его микроструктурные характеристики (дисперсность, кристалличность). Также будет детально изучен механизм газотранспортного синтеза нанокристаллического SiC. С этой целью на модельных экспериментах будут исследованы отдельные стадии синтеза и проведено кинетическое исследование процесса в целом. Вторым важным направлением исследований в проекте является получение керамики из синтезированных порошков нанокристаллического SiC. Предлагается использовать два подхода: 1) спекание компактированных керамических заготовок без приложения давления при температурах до 2300 °С в условиях вакуума, либо стационарной атмосферы аргона; 2) одноосевое горячее прессование порошков в графитовых пресс-формах при температурах до 1900 °С и давлении до 40 МПа. Для того чтобы улучшить спекание, порошки нанокристаллического SiC планируется предварительно пропитывать составами на основе поликарбосилановых и фенолформальдегидных смол. У полученной керамики будут изучены физикохимические и физико-механических свойства, в том числе теплопроводность, термостойкость, устойчивость к окислению на воздухе, модуль упругости, микротвёрдость, износостойкость, прочность на изгиб и сжатие, трещиностойкость, а также высокотемпературная прочность в интервале температур 1000-1800 °С.