Значения микротвердости и модуля упругости ковалентных карбидов и нитридов

Обозначения:НВ - микротвердость; Е - модуль упругости.

Сопротивление ползучести является структурно-чувствитель­ным свойством, зависящим от размера зерна, фазового состава, по­ристости и других структурно-технологических факторов. Наиболь­шуюкрипоустойчивость проявляют чистые однофазные поликрис­таллические материалы на основе ковалентных нитридов.

Во всех случаях термического нагружения материалы с высо­кой теплопроводностью и малым коэффициентом термического рас­ширения обладают высокой термостойкостью. Наибольшая термо­стойкость свойственна нитридокремниевой керамике, имеющей оп­тимальное сочетание низкого коэффициента термического рас­ширения с удовлетворительной теплопроводностью и прочностью.

Химические свойства. Химические свойства бескислородной керами­ки свидетельствуют о ее способности к взаимодействию с элементарны­ми веществами и химическими соединениями, находящимися в конден­сированном или газообразном состоянии, а также определяют корро­зионную стойкость ее по отношению к жидким и газообразным средам. Особенно важно исследование взаимодействия с кислородом воздуха в широком диапазоне температур, так как оно характеризует жаростой­кость бескислородной керамики и возможность ее использования в ка­честве огнеупоров в высокотемпературных конструкциях. Химическая устойчивость определяется как термодинамической вероятностью про­хождения реакции взаимодействия, так и кинетическими факторами. Кинетика лимитируется скоростями диффузии взаимодействующих ато­мов через образующийся слой продуктов реакции.

Рассматриваемые неметаллические соединения реагируют с кис­лородсодержащими газовыми средами с образованием соответству­ющих оксидов:

4BN + 5О₂ = 2В₂О₃ + 4NO;

4A1N + 5О₂ = 2А1₂О₃ + 4NO;

Si₃N₄ + 3О₂ = 3SiO2 + 2N₂

Кинетика процессов образования твердых оксидных защитных пле­нок при окислении неметаллических нитридов, как правило, подчиняется параболическому закону, так как лимитирующей стадией является диффузия элементов, участвующих во взаимодействии, через слой окси­да, находящегося в конденсированном состоянии. Эту стадию принято называть «пассивным» окислением. При определенных температурах происходит разрушение защитных пленок, и тогда скорость окисления резко возрастает, подчиняясь линейному закону. Данная стадия соот­ветствует режиму «активного» окисления. Для нитрида бора переход от пассивного к активному окислению происходит при 1 375... 1 475К, так как при этом начинает испаряться защитная пленка В₂О₃. Для нитрида алюминия при температуре выше 1 673К происходит растрескивание пленки А1₂О₃, что также приводит к возрастанию скорости окисления.

Для нитрида кремния переход от стадии пассивного окисления к активному связан с изменением парциального давления кислоро­да. При высоких парциальных давлениях О₂ окисление Si₃N₄ проис­ходит в соответствии с реакциями

Si₃N₄ + 3О, = 3SiO₂ + 2N₂;

Si₃N₄ + 5О₂ = 3SiO₂ + 4NO.

При пониженных парциальных давлениях образуется летучиймонооксид кремния:

Si₃N₄ + 3SiO₂ = 6SiO + 2N₂;

2Si₃N₄ + 3O₂ = 6SiO + 4N₂.

Окисление сопровождается потерей массы за счет освобожде­ния азота.

Нитриды бора, алюминия и кремния устойчивы по отношению к металлам IB иІІВ подгрупп периодической системы, а также в кон­такте с оловом и свинцом. Щелочные и щелочноземельные металлы с нитридом кремния образуют соответствующие силиконитриды или в присутствии кислорода - сложные оксинитридные твердые раство­ры. Нитрид бора, взаимодействуя со щелочными металлами, обра­зует слоистые монохимические соединения, а нитрид алюминия рас­творяет элементыІІІВ подгруппы с образованием твердых раство­ров типа Al_xB_yN и Al_xCa_1-xN. Среди неметаллических тугоплавких соединений A1N и Si₃N₄ отличаются наиболее высокой стойкостью по отношению к расплавленным сталям и некоторым оксидным рас­плавам. Бескислородная керамика обладает большой химической стойкостью по отношению к кислотам (за исключением фосфорной и плавиковой) и меньшей - к щелочам.