Твердофазні реакції та фазові співвідношення у квінарних системах SiC–SiO₂–TiC–TiO₂–CaO та граничних системах SiC–CaO–TiO₂ при 1400 °C

Анотація

Відомо, що TiC може утворюватися в результаті твердофазних реакцій в системах SiC–TiO₂–CaO. Для синтезу кераміки на основі TiC або багатофазної кераміки SiC/TiC з використанням цієї реакції спочатку необхідно дослідити високотемпературні фізико-хімічні реакції та співвідношення фазової рівноваги в реакційній системі, щоб слугувати основою для оптимізації складу та керування процесом. Таким чином, за допомогою експериментів і термодинамічних розрахунків були досліджені твердофазні реакції і фазові рівноваги в квінарних системах SiC–SiO₂–TiC–TiO₂–CaO і граничних системах SiC–TiO₂–CaO при 1400 °C. Результати свідчать, що в системі відбуваються численні високотемпературні фізико-хімічні реакції. Спочатку TiO₂ реагує з SiC з утворенням TiC за реакцією заміщення TiO₂ + SiC = TiC + SiO₂, а потім SiO₂ безпосередньо реагує з CaO, утворюючи силікати кальцію CaSiO₃, Ca₃Si₂O₇, Ca₂SiO₄ або Ca₃SiO₅. У той же час надлишок TiO₂ і CaO реагує з утворенням титанатів кальцію CaTiO₃, Ca₃Ti₂O₇ або CaTiSiO₅. Експерименти підтвердили рівноважні співвідношення TiC із солеподібними сполуками оксидної системи SiO₂–TiO₂–CaO, за винятком CaTiSiO₅, який не був отриманий через відновлення TiO₂ у зразках, що призвело до утворення Ca₃Ti₂Si₃O₁₂ і Ti₂O₃. Після ретельного вивчення фазових співвідношень у потрійній системі SiC–SiO₂–CaO було переконливо продемонстровано, що SiC співіснує в рівновазі з усіма солями силікату кальцію. Встановлено бінарні, потрійні та четверні співвідношення фаз, що входять до складу системи, і на основі цього побудовано орієнтовну схему фазових перетворень у системі SiC–SiO₂–TiC–TiO₂–CaO. Виявлено сім TiC-вмісних чотирифазних областей та шість SiC/TiC-вмісних чотирифазних областей. Отримані результати можуть бути корисними для композиційного дизайну кераміки MC та композитів MC/SiC.