AbstractWithin this study, the oxid

Abstract
Within this study, the oxidation behavior of SiHfBCN ceramic powders and monoliths was studied at
temperatures from 1200 to 1400 ◦C. Both powder and monolithic samples exhibited parabolic oxidation behavior characterized by very low rates (10−9–10−8 mg2 cm−4 h−1). The activation energy of 112.9 kJ mol−1, which was determined for the SiHfBCN powder, is comparable to that of other silica formers such as silicon or SiC and relates to the diffusion of molecular oxygen through silica scale. Whereas,the values determined for the SiHfBCN ceramic monoliths (174 and 140 kJ mol−1, depending on the Hfcontent)indicate the complex nature of their oxidation process, leading at temperatures below 1300 ◦C
to a continuous oxide scale consisting of borosilicate, silica, m-and t-HfO2. At higher temperatures, the oxide scale consists of silica, HfSiO4 as well as m-and t-HfO2 and becomes discontinuous, probably due to the evaporation of boria.
© 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. Introduction
Advanced Si-based ceramics are suitable materials to be used in high-temperature applications such as gas turbines or combustion systems due to their excellent decomposition, corrosion and oxidation resistance [1]. Polymer derived ceramics (PDCs) have attracted great attention in the last few decades, due to their advantage
over traditional processing methods. For example, additives and very high sintering temperatures (1700–2000 ◦C) are required for the preparation of SiC [2] or Si3N4 [3] using powder processing techniques; in comparison, relatively low processing tempera-
ture (1100–1300 ◦C) are used for the preparation of silicon-based ceramics [4].Furthermore, PDCs also show excellent high temperature properties, such as high temperature stability with respect to decomposition and crystallization or high temperature creep resistance [5]. The oxidation behavior is a critical point for their
consideration as a structural ceramics in high-temperature applications. The oxidation behavior of PDCs as for Si–C–N [6,7], Si–O–C [8],SiAlCN [9,10], Si–B–C–N [11,12] and SiAlBCN [13] systems has been investigated rather intensively within the last two decades. Thus,PDCs demonstrate excellent oxidation resistance as compared to state-of-art CVD SiC and Si3N4 ceramics [14]. For instance, SiAlCN based ceramics synthesized from a polysilazane polymer modified with an Al alkoxide exhibits a parabolic behavior, with oxidation rates being one order of magnitude lower than those determined for
CVD SiC or Si3N4 [9]. Also SiBCN ceramics have been considered as candidates for high temperature applications due to their thermal stability in terms of decomposition up to 2000 ◦C [15]. Moreover,the in-situ formation of a thin amorphous dual layer oxide for
SiBN3C ceramic fibers exposed to high temperatures under air limits the oxidation [16]. Nickel et al. showed that SiBCN ceramics have significantly thinner oxide scales than those observed for pure SiC or Si3N4 at 1500 ◦C in air exposure [12,17].However, the utilization of Si-based ceramics in ultrahigh temperature applications (i.e., at temperatures ≥1600 ◦C) has been limited because in this temperature range such materials are commonly susceptible to decomposition and/or active oxidation.Ultrahigh temperature ceramics (UHTCs) represent a class of ceramics that can withstand temperatures in excess of those for which Si-based ceramics are suitable (≥1600 ◦C), but this category of ceramics generally oxidizes more rapidly than Si-based
ceramics. For instance, transition metal carbides and nitrides (M = Zr, Hf, etc.) form a porous oxide scale (e.g., HfO2 or ZrO2)which facilitates the inward diffusion of oxygen and continuous oxidation, resulting in a linear oxidation behavior at high temperatures.Attempts to improve the oxidation properties of HfB2, ZrB2
HfC and ZrC have been made by adding specific amounts silica formers (e.g., 20–30 vol% SiC) [18–20]. Also coating systems consisting of HfB2/SiC (20 wt% SiC) [21] and HfC/SiC [22,23] have been considered for the environmental protection of CMCs at high temperatures. Recently, the incorporation of group IV transition metal (Zr and Hf) into silicon-based ceramic matrix was shown to significantly improve the high-temperature decomposition and oxidation behavior thereof [24–27].In the present work, the oxidation behavior of amorphous SiHfBCN ceramics was investigated in the temperature range of 1200 to 1400 ◦C. The oxidation kinetics of SiHfBCN powders and monoliths were studied based on weight changes as function of the exposure time. The microstructure and phase composition of the samples after the oxidation experiments were assessed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and electron micro probe analysis (EPMA).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อในการศึกษานี้ ออกซิเดชันพฤติกรรม SiHfBCN ผงเซรามิกและโรศึกษาที่อุณหภูมิ 1200 ถึง 1400 ◦C ผงและเสาหินตัวอย่างแสดงจานออกซิเดชันพฤติกรรมที่โดดเด่น ด้วยราคาที่ต่ำมาก (10−9 – 10−8 mg2 cm−4 h−1) พลังงานกระตุ้นของ mol−1 kJ 112.9 ซึ่งกำหนดสำหรับผง SiHfBCN เทียบได้กับที่อื่น ๆ ช่วยซิลิกาเช่นซิลิคอนหรือ SiC และเกี่ยวข้องกับการแพร่ของโมเลกุลออกซิเจนผ่านซิลิกาสเกล ขณะ ค่าที่กำหนดสำหรับ SiHfBCN เซรามิคโร (174 และ 140 kJ mol−1 ขึ้นอยู่กับ Hfcontent) บ่งชี้ธรรมชาติซับซ้อนของกระบวนการออกซิเดชัน นำที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1300 ◦Cถึงขนาดต่อเนื่องออกไซด์ประกอบด้วย borosilicate ซิลิก้า m- และ t-HfO2 ที่อุณหภูมิสูง เครื่องชั่งออกไซด์ประกอบด้วยซิลิกา HfSiO4 เป็น m- และ t-HfO2 และจะไม่ต่อเนื่อง อาจเป็น เพราะการระเหยของ boria© 2015 Elsevier จำกัด สงวนลิขสิทธิ์ 1. บทนำง่ายกว่าใช้ Si เป็นวัสดุที่เหมาะที่จะใช้ในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเช่นกังหันก๊าซหรือระบบการสันดาปเนื่องจากการย่อยสลาย การกัดกร่อน และการเกิดออกซิเดชันทน [1] พอลิเมอร์มาเซรามิก (PDCs) ได้ดึงดูดความสนใจมากในไม่กี่ทศวรรษ เนื่องจากประโยชน์ของพวกเขากว่าวิธีการประมวลผลแบบดั้งเดิม เช่น สารและเผาอุณหภูมิสูง (1700-2000 ◦C) จำเป็นสำหรับการเตรียม Si3N4 หรือ SiC [2] [3] โดยใช้เทคนิค การประมวลผลผง ในการเปรียบเทียบ ค่อนข้างต่ำการประมวลผลสีฝุ่น-ture (1100 – 1300 ◦C) จะใช้สำหรับการเตรียมเซรามิกใช้ซิลิคอน [4] นอกจากนี้ PDCs ยังแสดงคุณสมบัติอุณหภูมิสูงที่ยอดเยี่ยม เช่นเสถียรภาพอุณหภูมิสูงเกี่ยวกับการสลายตัว และตกผลึก หรืออุณหภูมิสูงคืบทน [5] พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันเป็นจุดสำคัญของพวกเขาพิจารณาเป็นเซรามิกส์มีโครงสร้างในการใช้งานอุณหภูมิสูง พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของ PDCs สำหรับศรี – C – N 6 [7], ศรี – O – C [8], SiAlCN [9,10], ศรี – B – C – N [11, 12] และ SiAlBCN [13] ระบบได้รับการตรวจสอบค่อนข้างเข้มภายในทศวรรษที่สอง ดังนั้น PDCs แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีเมื่อเทียบกับรัฐ-of-art ฉบับ CVD และ Si3N4 เซรามิก [14] เช่น SiAlCN คะแนนเซรามิกสังเคราะห์จาก modified พอลิเมอร์เป็น polysilazane กับ alkoxide เป็นอัลแสดงพฤติกรรมจาน ออกซิเดชันราคาถูกหนึ่งระดับขนาดต่ำกว่าที่กำหนดสำหรับฉบับที่ CVD หรือ Si3N4 [9] ยัง SiBCN เซรามิกได้รับการพิจารณาเป็นผู้สมัครสำหรับงานที่มีอุณหภูมิสูงเนื่องจากเสถียรภาพทางความร้อนของพวกเขาในแง่ของการสลายตัวจนถึง 2000 ◦C [15] นอกจากนี้ การก่อตัวในพื้นที่ของออกไซด์ชั้นสองบางไปสำหรับSiBN3C เซรามิค fibers สัมผัสกับอุณหภูมิสูงภายใต้ขีดจำกัดอากาศเกิดออกซิเดชัน [16] นิกเกิล et al.พบว่า เซรามิกส์ SiBCN มี significantly เครื่องชั่งออกไซด์บางลงกว่าสังเกต SiC หรือ Si3N4 บริสุทธิ์ที่ 1500 ◦C ในอากาศแสง [12,17] อย่างไรก็ตาม การใช้ประโยชน์ของเซรามิกตามศรีหมุนอุณหภูมิใช้งาน (เช่น ที่อุณหภูมิ ≥1600 ◦C) ถูกจำกัดเนื่องจากในช่วงนี้อุณหภูมิ วัสดุดังกล่าวโดยทั่วไปต่อการย่อยสลายหรือการเกิดออกซิเดชันที่ใช้งานอยู่ อุณหภูมิหมุนเครื่องเคลือบ (UHTCs) เป็นตัวแทนของเซรามิกที่สามารถทนต่ออุณหภูมิเกินผู้เซรามิกตาม Si ซึ่งจะเหมาะสม (≥1600 ◦C), แต่นี้ประเภทของเซรามิกโดยทั่วไปอร่อยกว่าอย่างรวดเร็วกว่าตามศรีเครื่องปั้นดินเผา เช่น การเปลี่ยนโลหะคาร์ไบด์และ nitrides (M = Zr, Hf ฯลฯ) เป็นออกไซด์ที่มีรูพรุนขนาด (เช่น HfO2 หรือ ZrO2) ซึ่งช่วยในการแพร่เข้าของออกซิเจนและเกิดออกซิเดชันอย่างต่อเนื่อง เป็นผลในลักษณะเชิงเส้นออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ความพยายามในการปรับปรุงคุณสมบัติออกซิเดชั่นของ HfB2, ZrB2HfC และ ZrC ได้ทำ โดยการเพิ่ม specific ปริมาณซิลิกาช่วย (เช่น 20 – 30 vol % SiC) [18-20] นอกจากนี้ระบบเคลือบผิวที่ประกอบด้วย HfB2/SiC (20 wt % SiC) [21] และ HfC/SiC [22,23] ได้รับการพิจารณาสำหรับการป้องกันสิ่งแวดล้อมของ CMCs ที่อุณหภูมิสูง เมื่อเร็ว ๆ นี้ แสดงการรวมตัวของกลุ่มโลหะทรานซิชัน IV (Zr และ Hf) เป็นซิลิคอนตามเมตริกซ์เซรามิคต่อ significantly ปรับปรุงอุณหภูมิสูงสลายตัวและการเกิดออกซิเดชันพฤติกรรมดังกล่าว [24 – 27] ในการทำงานปัจจุบัน พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของเซรามิก SiHfBCN ไปรับการตรวจสอบในช่วงอุณหภูมิ 1200 1400 ◦C จลนพลศาสตร์การออกซิเดชัน SiHfBCN ผงและเสามีศึกษาตามการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเป็นฟังก์ชันของเวลาการรับแสง องค์ประกอบโครงสร้างจุลภาคและเฟสตัวอย่างหลังจากการทดลองการเกิดออกซิเดชันถูกประเมิน โดยการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ (XRD), แกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM) และอิเล็กตรอนไมโครสอบสวนวิเคราะห์ (EPMA)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อ
ในการศึกษานี้พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของ SiHfBCN ผงเซรามิกและสาราได้รับการศึกษาที่
อุณหภูมิ 1,200-1,400 ◦C ผงและเสาหินทั้งสองตัวอย่างแสดงพฤติกรรมออกซิเดชั่พาราโบลาโดดเด่นด้วยอัตราที่ต่ำมาก (10-9-10-8 Mg2 CM-4 H-1) พลังงานเปิดใช้งานของ 112.9 kJ mol-1 ซึ่งได้รับการพิจารณาเพื่อความผง SiHfBCN เป็นเทียบเท่ากับที่ของ formers ซิลิกาอื่น ๆ เช่นซิลิกอนหรือ SiC และเกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของโมเลกุลออกซิเจนผ่านโยซิลิกา ในขณะที่ค่าที่กำหนดสำหรับ SiHfBCN เสาหินเซรามิก (174 และ 140 กิโลจูล mol-1 ขึ้นอยู่กับ Hfcontent) บ่งบอกถึงความซับซ้อนของกระบวนการการเกิดออกซิเดชันของพวกเขานำที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1,300 ◦C
กับโยออกไซด์อย่างต่อเนื่องประกอบด้วย borosilicate ซิลิกา M-และ T-HfO2 ที่อุณหภูมิสูงขนาดออกไซด์ประกอบด้วยซิลิกา HfSiO4 เช่นเดียวกับ M-และ T-HfO2 และจะกลายเป็นไม่ต่อเนื่องอาจเป็นเพราะการระเหยของ Boria. the
© 2015 เอลส์ จำกัด สงวนลิขสิทธิ์.

1 บทนำ
เซรามิกขั้นสูง Si-based เป็นวัสดุที่เหมาะที่จะใช้ในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเช่นกังหันแก๊สหรือระบบการเผาไหม้ที่ดีเนื่องจากการสลายการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชันต้านทานของพวกเขา [1] ลิเมอร์ที่ได้มาจากเซรามิก (PDCs) ได้ดึงดูดความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากเพื่อประโยชน์ของตน
มากกว่าวิธีการประมวลผลแบบดั้งเดิม ยกตัวอย่างเช่นสารเติมแต่งและอุณหภูมิเผาสูงมาก (1700-2000 ◦C) ที่จำเป็นสำหรับการเตรียมความพร้อมของ SiC [2] หรือ Si3N4 [3] โดยใช้เทคนิคการประมวลผลผง; ในการเปรียบเทียบการประมวลผลที่ค่อนข้างต่ำอุณหภูมิ
ture (1100-1300 ◦C) จะใช้สำหรับการเตรียมการของเซรามิกซิลิกอนตาม [4] .Furthermore, PDCs ยังแสดงให้เห็นคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมที่มีอุณหภูมิสูงเช่นเสถียรภาพอุณหภูมิสูงด้วยความเคารพและการสลายตัว ตกผลึกหรืออุณหภูมิสูงต้านทานคืบ [5] พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันเป็นจุดสำคัญสำหรับพวกเขา
พิจารณาเป็นเซรามิกที่มีโครงสร้างในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของ PDCs สำหรับ Si-C-N [6,7], Si-O-C [8], SiAlCN [9,10], Si-B-C-N [11,12] และ SiAlBCN [13 ] ระบบได้รับการตรวจสอบค่อนข้างหนาแน่นภายในสองทศวรรษที่ผ่านมา ดังนั้น PDCs แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับรัฐของศิลปะ CVD SiC และ Si3N4 เซรามิกส์ [14] ยกตัวอย่างเช่นเซรามิก SiAlCN ตามสังเคราะห์จากพอลิเมอ polysilazane เอ็ด Modi Fi ที่มีการจัดแสดงนิทรรศการ alkoxide อัพฤติกรรมพาราโบลาที่มีอัตราการเกิดออกซิเดชันเป็นหนึ่งในลำดับความสำคัญต่ำกว่าที่กำหนดสำหรับ
CVD SiC หรือ Si3N4 [9] นอกจากนี้เซรามิก SiBCN ได้รับการพิจารณาเป็นผู้สมัครสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากเสถียรภาพทางความร้อนของพวกเขาในแง่ของการสลายตัวได้ถึง 2000 ◦C [15] นอกจากนี้ยังมีการก่อตัวในแหล่งกำเนิดของสัณฐานออกไซด์ชั้นสองบางสำหรับ
SiBN3C Bers เซรามิก Fi สัมผัสกับอุณหภูมิสูงภายใต้อากาศ จำกัด การเกิดออกซิเดชัน [16] นิกเกิล, et al แสดงให้เห็นว่าเซรามิก SiBCN มีนัยสำคัญ Fi อย่างมีเครื่องชั่งน้ำหนักทินเนอร์ออกไซด์กว่าผู้สังเกตบริสุทธิ์ SiC หรือ Si3N4 1500 ◦Cในการเปิดรับอากาศ [12,17] อย่างไรก็ตามการใช้ประโยชน์จากเซรามิกสีที่ใช้ในการใช้งานที่อุณหภูมิยูเอชที (คือที่อุณหภูมิ≥1600 ◦C) ได้รับการ จำกัด เพราะในช่วงที่อุณหภูมินี้วัสดุดังกล่าวเป็นปกติไวต่อการสลายตัวและ / หรือการใช้งานเซรามิกอุณหภูมิ oxidation.Ultrahigh (UHTCs) หมายถึงระดับของเซรามิกที่สามารถทนต่ออุณหภูมิในส่วนที่เกินจากที่เซรามิก Si-based เป็น ที่เหมาะสม (≥1600◦C) แต่หมวดหมู่ของเซรามิกนี้โดยทั่วไป oxidizes ขึ้นอย่างรวดเร็วกว่า Si-based
เซรามิก ยกตัวอย่างเช่นคาร์ไบด์โลหะการเปลี่ยนแปลงและไนไตร (M = Zr, Hf ฯลฯ ) ในรูปแบบที่มีรูพรุนขนาดออกไซด์ (เช่น HfO2 หรือ ZrO2) ซึ่งจะเอื้อต่อการแพร่ขาเข้าของออกซิเจนและการเกิดออกซิเดชันอย่างต่อเนื่องส่งผลให้พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันเชิงเส้นที่อุณหภูมิสูง .Attempts การปรับปรุงคุณสมบัติการเกิดออกซิเดชันของ HfB2, ZrB2
HFC และ ZrC ได้รับการทำโดยการเพิ่ม speci Fi C จำนวน formers ซิลิกา (เช่น 20-30% โดยปริมาตร SIC) [18-20] นอกจากนี้ยังมีระบบเคลือบประกอบด้วย HfB2 / SiC (20% โดยน้ำหนัก SIC) [21] และ HFC / SiC [22,23] ได้รับการพิจารณาสำหรับการป้องกันสิ่งแวดล้อมของ CMCs ที่อุณหภูมิสูง เมื่อเร็ว ๆ นี้รวมตัวกันของกลุ่มโลหะการเปลี่ยนแปลง IV (Zr และ Hf) ลงในซิลิคอนเมทริกซ์เซรามิกก็แสดงให้เห็นอย่างมีนัยสำคัญในการปรับปรุงการสลายตัวและการเกิดออกซิเดชันพฤติกรรมที่อุณหภูมิสูงนั้น [24-27] ซึ่งในการทำงานปัจจุบันพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของอสัณฐาน เซรามิก SiHfBCN ถูกตรวจสอบในช่วงอุณหภูมิ 1200-1400 ◦C จลนศาสตร์การเกิดออกซิเดชันของผง SiHfBCN และระนาบการศึกษาตามการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเป็นหน้าที่ของเวลาการเปิดรับแสง จุลภาคและเฟสองค์ประกอบของตัวอย่างหลังจากการทดลองการเกิดออกซิเดชันที่ถูกประเมินโดยการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM) และการวิเคราะห์อิเล็กตรอนไมโครสอบสวน (EPMA)