SELF-PROPROPAGING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS of almgb14 ceramic

Abstract

Материалы на основе AlMgB14 представляют интерес как в качестве конструкционных высокотвердых керамик, так и в качестве износостойких покрытий. Разработка эффективных методов синтеза керамики на основе соединения AlMgB14 является весьма актуальной научной задачей. Так, в настоящей работе предложен метод термосопряженного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза керамики AlMgB14 из стехиометрической шихты Al12Mg17 – B с использованием в качестве источника тепловой энергии (донора) для инициации реакции высокоэкзотермичной композиции 6B2O3 + 13Al. Отличительной особенностью предложенного метода является низкая стоимость донорной шихты и возможность получения помимо целевого соединения AlMgB14, керамических порошков AlB12 и Al2O3, формируемых в результате реакций в донорной смеси. Установлено, что при использовании донорной шихты 6B2O3 + 13Al, предварительно измельченной в течении 180 мин в планетарной мельнице, обеспечивается прогрев шихты Al12Mg17– B до температуры 1450 °С, что является достаточным для получения порошкового материала с содержанием до 95 масс. % AlMgB14 по данным рентгенофазового анализа. Остальные 5 масс. % составляет оксидная шпинельная фаза MgAl2O4. Средний размер частиц полученного порошка AlMgB14 составил 2 мкм. Таким образом, предложенная методика может быть использована для получения керамики на основе AlMgB14 с высоким содержанием целевой фазы с использованием недорогостоящих исходных компонент для формирования высокоэкзотермичной донорной композиции. При этом, продукты реакции донорной композиции также могут использоваться в дальнейшем в качестве высокотвердых керамических материалов. Materials based on AlMgB14are of interest both as high-hardness structural ceramics and as wear-resistant coatings. The development of effective methods for the synthesis of ceramics based on the AlMgB14 compound is a highly relevant scientific task. Therefore, in the present work, a method is proposed for the thermally coupled self-propagating high-temperature synthesis of AlMgB14 ceramics from the stoichiometric charge Al12Mg17 - B, using the highly exothermic composition 6B2O3 + 13Al as the thermal energy source (donor) for initiating the reaction. The advantage of the proposed method is the low cost of the donor charge and the possibility of obtaining AlB12and Al2O3 ceramic powders formed as a result of reactions in the donor mixture, in addition to the AlMgB14 target compound. It was found that when using the 6B2O3 + 13Al donor charge, milled for 180 minutes in a planetary mill, the Al12Mg17- B charge is heated to a temperature of 1450 °C, which is sufficient to obtain powder material containing up to 95 wt. % of AlMgB14 according to X-ray phase analysis. The remaining 5 wt. % is the oxide spinel phase MgAl2O4. The average particle size of the obtained AlMgB14 powder was 2 μm. Thus, the proposed method can be used to obtain AlMgB14-based ceramics with a high content of the target phase using inexpensive initial components to form a highly exothermic donor composition. At the same time, the reaction products of the donor composition can also be further used as high hardness ceramics.