Ударно-волновой синтез и исследование свойств кубического нитрида кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

УДК 534 222

На правах рукописи

1-ОнСакЛ

Ю НОШ ЕВ Александр Сергеевич

УДАРНО-ВОЛНОВОЙ СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА КРЕМНИЯ

Специальность 01 04 17 - Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

□03 160В48

Новосибирск - 2007

003160648

Работа выполнена в Институте Гидродинамики им М А Лаврентьева Сибирского отделения РАН, г Новосибирск

Научный руководитель кандидат физико-математических наук

Сильвестров Виктор Владимирович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Зелепугин Сергей Алексеевич

кандидат физико-математических наук Мали Вячеслав Иосифович

Ведущая организация. Институт проблем химической

физики РАН, г Черноголовка

Защита диссертации состоится « 30 » октября 2007 г в 10 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д003 54 01 при Институте гидродинамики им М А Лаврентьева СО РАН по адресу 630090, г Новосибирск, проспект Лаврентьева 15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института гидродинамики СО РАН

Автореферат разослан « 24 » сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук ^ Ждан С А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одна из задач материаловедения - получение новых материалов с физико-химическими свойствами, способствующими решению новых технических и научных задач или позволяющими упростить существующие технологии Нитрид кремния - керамический материал с широкой областью применения от электронной промышленности до дви-гателестроения [1] До недавнего времени были известны две кристаллические модификации нитрида кремния а и Р Обе они обладают высокой термической стабильностью, химической инертностью и значительной прочностью, сохраняющейся при температурах более 1000°С В 1999 году с использованием техники алмазных наковален впервые была синтезирована новая фаза нитрида' кремния - кубический нитрид кремния со структурой шпинели с-813М4 [2] Синтез этого материала требует высоких давлений и температур, более 15 ГПа и 2000°С соответственно Предполагается, что новый материал может обладать уникальным набором физико-химических свойств, позволяющим значительно расширить область применения материалов на основе нитрида кремния Существенным ограничением в использовании с-Э^Ид является высокое давление синтеза, не позволяющее в данный момент производить этот материал в больших количествах, используя статические аппараты высокого давления

Ударно-волновой синтез выгодно отличается от статического способностью нагружать образцы большого размера до давлений в десятки ГПа Известно, что с-Б^Ид можно синтезировать из а и р модификаций нитрида кремния в ударных волнах, однако механизм превращения изучен недостаточно [3] Ударно-волновой синтез до настоящего времени не позволил производить кубический нитрид кремния в больших количествах В связи с этим разработка метода массового получения нового материала и изучение его свойств остается актуальной

Цель работы и методы исследования. В работе планировалось реализовать ударно-волновой синтез кубического нитрида кремния при помощи взрывных методов нагружения в количестве достаточном для изучения его основных физико-химических свойств термической стабильности и твердости объемных образцов

Научная новизна Впервые в России реализован синтез кубического нитрида кремния в виде нанодисперсного порошка, а также

1 разработаны новые методы сохранения пористых материалов при ударно-волновом нагружении,

2 впервые синтезирован с-Б^^ с использованием цилиндрической ампулы сохранения;

3 предложена модель фазового превращения р-Б^Т^—>с-813^ за фронтом ударной волны,

4 определены термическая стабильность в вакууме и на воздухе, а также коэффициент линейного термического расширения c-Si3N4, синтезированного в ударных волнах,

5 впервые выполнено компактирование нанодисперсного продукта, содержащего c-Si3N4, и измерена твёрдость полученных образцов

Практическая ценность Реализован синтез c-Si3N4 в цилиндрической ампуле сохранения Этот метод динамического синтеза потенциально подходит для массового синтеза этого материала. Показано, что кристаллическая структура синтезированного c-Si3N4 стабильна до температуры 1300°С и в вакууме, и на воздухе Твердость образцов нитрида кремния, полученных из материала синтезированного в ударных волнах и содержащего c-S13N4, в полтора раза превышает твердость керамик, которые изготовлены на основе фаз низкого давления нитрида кремния

Таким образом, полученные данные о механических и термических свойствах кубического нитрида кремния и образцов на его основе подтверждают перспективность исследуемого материала, как одного из самых твердых, с высокой термической и химической стабильностью

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1 Разработаны новые методы надежного сохранения образца в схеме ударно-волнового нагружения плоской ампулы сохранения а) с использованием ампулы с кольцевым внутренним объемом, б) с заменой массивного стального охранного кольца на заряд ВВ с синхронизованным инициированием

2 Впервые реализован синтез c-Si3N4 в цилиндрической ампуле сохранения с выходом искомой фазы до 40 %

3 Сформулировано и обосновано утверждение - синтез c-Si3N4 из P-Si3N4 за фронтом ударной волны идет через жидкую промежуточную фазу

4 Синтезированный ударно-волновым способом кубический нитрид кремния стабилен на воздухе и в вакууме до температуры 1300°С

5 Получены объемные высокоплотные образцы из нанодисперсного материала, содержащего c-Si3N4 Измеренная твёрдость образцов в полтора раза превышает твёрдость керамик, изготовленных на основе фаз низкого давления нитрида кремния

Публикации и апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на IV Школе — семинаре «Физика взрыва и применение взрыва в физическом эксперименте» (2003, Новосибирск), всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (2004, Томск), международных конференциях lsl ESHP Symp (2004, Ku-mamoto, Japan), VII Харитоновские тематические научные чтения (2005,

Саров), 14th APS Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter (2005, Baltimore, Maryland, USA), VIII Забабахинские научные чтения (2005, Снежинск), VIIIth Intern Symp on Application of Explosion to Preparation of New Materials (2006, Москва)

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 5 статей и 7 тезисов докладов на конференциях

Личный вклад автора заключается в 1) разработке схем сохранения пористых материалов при ударно-волновом нагружении, 2) определении параметров синтеза c-Si3N4, 3) определении фазового состава синтезированного материала, 4) химической отчистке синтезируемого материала и выделении кубического нитрида кремния, 5) расчете параметров нагружения образцов при ударно-волновом нагружении, 6) предложении механизма фазового превращения ß-Si3N4—>c-Si3N4, 7) определении термической стабильности c-Si3N4, 8) динамическом компактировании c-Si3N4, 9) измерении плотности и твёрдости материалов

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа, объемом 89 страниц, состоит из четырёх глав (включая введение), заключения В работе содержится 31 рисунок, 6 таблиц и 60 библиографических ссылок

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведен обзор работ, связанных с синтезом кубической фазы нитрида кремния, обоснована актуальность темы, сформулированы цели диссертационной работы

Во второй главе описаны разработанные схемы сохранения пористых образцов при ударно-волновом нагружении, определены условия синтеза C-S13N-1, исследован фазовый состав синтезированного материала и описан способ очистки c-Si3Nj от фаз низкого давления

Для ударно-волнового синтеза новых материалов широко используется нагружение плоской ампулы сохранения металлическим ударником, разогнанным до высокой скорости [4] В настоящей работе для нагружения ампул использовались алюминиевые ударники диаметром до 80 мм, ускоренные взрывом заряда ВВ до скорости 2 4-3 4 км/с Ампулы нагружались также зарядом ВВ, находящимся в контакте со сборкой

Образование отверстия приводит к частичной или полной потере образца Для надёжного сохранения пористого образца предложены и реализованы две схемы В первой цилиндрический образец заменён образцом в виде кольца (рис 1) При этом высокое динамическое давление «горячего образца» не воздействует на центральную часть крышки ампулы Поэтому отверстие в крышке, формирование которого стимулируется сходящейся боковой волной разгрузки, не образуется

Во второй схеме массивное стальное охранное кольцо заменено зарядом ВВ (рис 2) При нагружении ампулы производилось синхронизованное инициирование заряда ВВ, окружающего сборку вдоль боковой поверхно-

5

сти. Синхронизация осуществлялась с помощью отрезков детонационного шнура (ДШ), Взрыв заряда ВВ предотвращал значительное радиальное деформирование ампулы и позволял использовать цилиндрические образцы большого диаметра. Также схема нагружения с динамической боковой поддержкой позволила уменьшить массу металлических деталей сборки более чем в 4 раза при увеличении массы ВВ на 700 г. Перечисленные схемы надёжно работают при давлении в крышке ампулы в 53 ГПа. Комбинация первой и второй схем нагружения позволяет сохранять пористые образцы при ударно-волновом нагружении до 100 ГПа.

Рис. 1. Схема сборки с кольцевым об- Рис. 1. Схема сборки с динамической разцом: I - образен; 2 - ампула; 3 - ох- боковой поддержкой: I - образец; 2 -ранное кольцо: 4 - ударник, ампула; 3 - заряд В13: '1 - отрезок ДШ,

Ударно-волновому нагружен и ю были подвержены образцы, состоящие из смеси порошков P-Si^ с металлическими добавками: медью, никелем, свинцом. После нагружения нитрид кремния был очищен от металлических добавок с помощью азотной кислоты. Фазовый состав продукта синтеза исследован с помощью днфрактометра D8 ADVANCE. Показано, что при нагружении порошка p-Si3N4 без металлических добазок кубического нитрида кремния в продукте синтеза не наблюдается пли его содержание мало (менее 10 %), Согласно данным рентген «структурно го анализа максимальный выход кубического нитрида кремния наблюдается при наг ружении смеси порошков p-StjN^ и меди или никеля пористостью 1.43 до давления 53 ГПа. Содержание (i-SijN^ в образцах при этом не должно превышать 20 % по массе. Замена порошка меди на порошок никеля не изменяет результата. Использование вместо меди порошка из свинца приводит к значительному уменьшению выхода кубического нитрида кремния.

Выполнялось нагружение образцов (J-Si^N* размером - 2 мм с пористостью 1,1 в окружении медного порошка с пористостью - 1.65 до давления 53 ГПа. Показано, что кубический нитрил кремния образовался только в поверхностном слое образца из p-Si3N< толщиной не более 0.3 мм. Содержание c-Si_,N,i в поверхностном слое более 60 %.

Показано, что наличие воздуха в ампуле сохранения не влияет на содержание c-SijN^ в продуктах синтеза, но оказывает существенное влияние

h;i сохранность образца после нагружен ия. Г1р" запрессовке образца и ампулу сохранения в воздушной атмосфере часть образца вылетает из ампулы после н;п ружеиия через щели в сборке, В связи с этим в экспериментах пр синтезу c-Si,N.t запрессовка образцов в ампулу сохранения осуществлялась в вакууме при давлении воздуха менее 1 торр.

Выполнены эксперименты но нагружению смеси порошков P-SiiN.i с медью в цилиндрической ампуле сохранения. Пористость образцов составляла 1.43, содержание P-SiiN^ - 13 %. Стальную ампулу нагружали зарядом I сксопяаста в контакте с ампулой. Показано, что c-SijN„ образуется только в области нерегулярного Отражения ударных волн в центре ампулы. Содержание кубической фазы п продукта* синтеза из центральной части образца fic менее 40 %.

1'нс. J. Порошок синтезированного c-S¡;N.t: (а) СОМ, (()) 1ГJM: I- кристаллитc-SiiN^i, 2 ■■ аморфный нитрид кремния.

Исследована структура синтезированного материала. П<з рис. 3 приведет,! фотографии, полученные па ^квитирующем (СЭМ) и просвечиваю* uicm (ПЗМ) электронных микроскопах. Согласно результатам рентгеност-руктурпого анализа, продукт синтеза состоит из Кубического нитрида кремния со средним размером кристаллитов 12 нм. Просвечивающая электронная микроскопия показала, что значительная часть материала после нагру-ження находится в аморфном состоянии. Локальный химический анализ показал, что аморфная часть образца - также шприд кремния. Таким образом, синтезированный материал - кристаллиты кубического нитрида кремния размером 5*20 нм, окружённые аморфным нитрилом кремния. Иногда в продукте синтеза наблюдается исходный [í-SijN^ в количестве до 10 %. Измеренная плотность синтезируемого материала составила 3*25+0.08 г/см . ■)ю незначительно больше рентгеновской плотности |í-Si.,N.i (3.20 г/см1) и существенно меньше рентгеновской плотности c-SijN^ (4.01 г/см'}.

Освоена огшетка кубического нитрида кремния от фаз низкого давления. Для этого синтезированный материал помещается в плавиковую ktt-

слоту при температуре 100°С и выдерживается до полного растворения и аморфного нитрида кремния (~ 8 часов)

В третьей главе описан расчет параметров синтеза в то-

ской и цилиндрической ампуле сохранения Показано существенное вчияние гетерогенной структуры нагружаемого образца аз смеси с метач-

чической добавкой на резучьтат синтеза Предюжен и обоснован механизм фазового переходаСдечаны предюжения по оптимизации метода ударно-волнового синтеза Р-Б^М-/

Расчет параметров синтеза кубического нитрида кремния выполнен с использованием смесевой ударной адиабаты, построенной для наг ружаемо-го образца аналогично [5] При этом учитывался ступенчатый характер на-гружения образца в плоской ампуле сохранения Расчет произведён в двух вариантах 1 - без учета фазового превращения в р-Би^, 2 - в предположении стопроцентного превращения р-Б^^ в фазу высокого давления, но при нулевой теплоте перехода При этом максимальное давление в образце оказывалось одинаковым (определялось геометрией сборки), а температуры различались Температура, рассчитанная без учета фазового перехода, может считаться наименьшей возможной Предположение о стопроцешном фазовом превращении приводит к оценке максимально возможной температуры, поскольку учитывает большую сжимаемость образца в ударной волне, но не учитывает тепло, затрачиваемое на фазовое превращение

Приведена оценка максимально возможной температуры разогрева порошка ннгрида кремния с учетом тсротшой структуры нагружаемою образца Основную часть образца в экспериментах с максимальным выходом с-БьЫ* составляет медь, размеры частиц которой на порядок больше частиц При ударно-волновом нагружении пористых материалов,

большая часть энергии выделяется на поверхности частиц этих материалов Таким образом, за фронтом ударной волны поверхность частиц нагревайся до большей температуры, чем внутренняя часть порошинок Потом температура выравнивается Поскольку размеры частиц нитрида кремния значительно меньше медных, а содержание Р-Б^^ в исходном образце не более 8-20 %, можно утверждать, что весь нитрид кремния находится на поверхности медных частиц При этом с учётом особенностей ударно-волновою нафужения пористых образцов, температура Р-Б^4 за фронтом ударной волны существенно превышает равновесную, установившуюся после выравнивания температур в меди и нитриде кремния Оценка времени усыновления тепловою равновесия в образце даёт величину порядка 0 I мке I о есть тепловое равновесие устанавливается до прихода волны разрежения Период действия высокого давления продолжается примерно I 5 мке

Основываясь на проведенных расчетах, оценках и известных экспериментальных данных из работ других авторов, предложен механизм фазового превращения Р-Б^!^—'»с-Б^^ Учитывалась также структура материала после нагружения

Согласно статическим данным синтез кубического нитрида кремния из фаз низкого давления идёт только при температуре выше 1500°С при давлении 13-28 ГПа [2] По давлению указанные параметры превосходят, а по температуре соответствуют условиям жидкофазного спекания гексагональною нитрида кремния [1] Поэтому можно сделать вывод о необходимое in существования жидкой промежуточной фазы для осуществления синтеза c-SiiN^ Наличие большого количества аморфной фазы в продуктах сингеза c-ShN4 из смеси порошков p-ShN4 и меди также свидетельствует о плавлении нитрида кремния за фронтом ударной волны и его быстрой закалке при выравнивании температуры в образце под высоким давлением Закалка обязательно происходит под высоким давлением, поскольку при атмосферном давлении и температуре более 1800°С нитрид кремния не пла-вшея, а диссоциирует на кремний и азот Отсутствие кубическою нитрида кремния в сохраненных образцах из чистого p-SiiN4 объясняется маленьким размером кристаллитов фазы высокого давления, образующихся без добавления металлической добавки В случае нагружения P-St3N4 с пористостью более 1 2 и ударном давлении более 50 ГПа можно добиться плавления нитрида кремния за фронтом ударной волны, но при этом отсутствуют условия для закалки c-Si3N4 Кубический нитрид кремния переходит в p-ShN4 под действием высокой остаточной температуры При нагружении плотных спеченных образцов из P-Si3N4 ударной волной с давлением 36 ГПа фиксируется увеличение сжимаемости материала, связанное с переходом P-ShN|—>c-ShN4 [6| При этом равновесная температура в образце состлвля-et всею 190°С В этих условиях синтез материала идет в горячих точках Учитывая характер деформирования прочных хрупких керамических материалов за фронтом плоской ударной волны с давлением, значительно превышающим предел упругости Погонио, можно заключить, что горячие точки связаны с взаимодействием отдельных зерен спеченною материала, и поэтому малы В горячих точках происходит частичное плавление шприда кремния Кристаллиты c-Si3N4 не имеют возможности вырасти до стабильных размеров из-за малого количества расплава и быстрого установления 1 силовою равновесия, поэтому в волнах разрежения они переходят в фазу низкого давления Таким образом, механизм превращения P-Si3N4—-»c-ShN, с жидкой промежуточной фазой в состоянии обьяснигь весь набор имеющихся экспериментальных данных но синтезу c-Si3N4

Условия закалки аморфного нитрида кремния позволяют предположить, что ее плотность не меньшее плотности P-Si3N4 Учитывая величину плотности продукта синтеза, содержащего c-ShN4 и аморфный нитрид кремния, можно сделать вывод, что массовое содержание c-Si3N4 в продукте синтеза составляет 30-40 % Остальное - аморфный нитрид кремния

В четвертом главе описана кристаллическая структура синтезированного c-Si3Nj, приведены результаты исследования термической ста-

билъности c-SuNj, описаны способы получения объемных образцов, содержащих c-Si)N,, и измерена их твердость

Рис. 4. Дифрактограммы исходного P-Si3N4 (а) и c-Si3N4(G)

Данные рентгеноструктурного анализа, полученные на порошковом дифрактометре D8 ADVANCE с использованием излучения СиКа при нормальной температуре представлены на рис 4 Положение и интенсивность основных рефлексов в пределах погрешности совпадает с аналогичными результатами зарубежных исследователей [3] Обработка данных показала,

что кристаллическая структура c-S13N4 имеет симметрию Fd3m (№ 227) Число формульных единиц Z= 8, рентгеновская плотность равна 4 011 t/см' Структура c-S13N4 эквивалентна структуре шпинели (g-MgAI20|) Общая формула шпинели АВ2Х,, где катион А обладает теграэдрическим координационным полиэдром (КП), а кагион В - октоэдрнческим КП

1аблица 1. Независимые положения аюмов в элементарной ячейке c-Si3N4

Доля размера ячейки

^тетраэлрическнн 1/8 (3/8) 1/8 (3/8) 1/8 (3/8)

£|Октаэлрическим 1/2 (0) 1/2 (0) 1/2 (0)

N 0 25+5 (0 25+5+1/8) 0 25+5 (0 25+5+1/8) 0 25+5(0 25+51 1/8)

Интересной особенностью кубического нитрида кремния является то, что две трети атомов кремния имеют координационное число (КЧ) равное шести с октаэдрическим КП и одна треть атомов кремния сохраняв! КЧ равное четырем, с тетраэдрическим КП, как в фазах низкого давления р-Все атомы азота увеличивают КЧ до четырёх с тетраэдрическим КП Более точным определением с-^М было бы ""Ы,

Независимые положения атомов в элементарной ячейке можно оннсап, двумя эквивалентными способами (табл 1) При этом позиции анионов N имеют одну степень свободы, что показано добавлением к координате аюма азота малой величины 8

Термические свойства c-Si3N4 исследовались с помощью высокотемпературной камеры НТКЛб Anton Paar, устанавливаемой fia дифрактометр D8 Advance. Температура увеличивалась от 293 до 1773 К. При этом контролировался фазовый состав материала и тепловое расширение кристаллической структуры.

Показано, что c-Si3Nj, синтезированный в ударных волнах, стабилен при нагревании до температуры 1573 К, При этой температуре в вакууме происходит переход c-St3N4—»P-S^Na, а на воздухе c-Si3N4 превращается и а-кристаботит Si02, окисляясь атмосферным кислородом.

мю чн) ТУ1 аду моо )lin i~oo Темпера К

(а)

100 500 700 МО 1100 1300 1500 1700 Температура. К.

(б)

Рис. 5. Изменение параметра решётки кубического ширила кремния с увеличением температуры: (а) данные этой работы, (б) сравнение с другими: 1 - данная работа; 2-[7);3-[8];4-[9).

Смешение рефлексов с-Э^?4^ на дифрактограммах при повышении температуры позволило измерить увеличение параметра решётки кубического нитрида кремния (рис. 5) и его коэффициент термического расширения: «,(7)=3,62х 10"6+2.19х!О'57". Значение а, при комнатной температуре 4.28x10"*' К"1, что больше, чем у (1.2-^3.2Т0 6 К"1). Выше 1573 К па-

раметр решётки остаётся неизменным, что дополнительно свидетельствует что при этой температуре начинается фазовый перехода.

13 настоящей работе с-5иы4 синтезирован в виде нанодисперсного порошка. Для измерения твёрдости этого материала была выполнена работа по изготовлению из него компактных макроскопических образцов. Объёмные образцы были получены двумя способами. Первый способ - ударно-волновое ком п актирован и с порошка с-813Ы4 в цилиндрической ампуле сохранения. Этим способом получены образцы размером до 5 мм. Фазовый состав материала при этом не изменяется. Плотность образцов полученных из материала содержащего и аморфную фазу составила 3.3 г/смчто

соответствует плотности исходного порошка. Твёрдость лучших компактов по Виккерсу составила 28±2 ГПа, при нагрузке па инденторе !00г. Плот-

ность компактов из чистого порошка с-5^4 составила 3 35 г/см3, что составляет 84 % от рентгеновской плотности кубического нитрида кремния Твердость компакта 16±1 ГПа при нагрузке на инденторе 100 г Таким образом, можно сделать вывод, что наличие аморфного нитрида кремния оказывает положительное влияние на получение более прочных образцов содержащих с-Б^ Сложность компактирования чистого кубического нитрида кремния в ударных волнах вызвана тем, что с-Б^^ твердый наноматериал с высокой термической стабильностью

60 40

а

С

и ад

й

20 10

о -I-1-1-1-г-1

0 1 1 10 100 1000 Ю00О

Нпг[!у?кп ш пиле шоре г

Рис. 6. Твёрдость материалов на основе нитрида кремния белые маркеры - данные для (3-813ТЧ4, чёрные - для с-Бь^ Круглые маркеры - результаты настоящей работы, квадратные - [8], треугольные - [ 10], ромб - [11]

Второй способ получения плотных образцов, содержащих с-Б^^, -спекание синтезированного материала под давлением (выполнено в Института минералогии и петрографии СО РАН) Давление и температура спекания варьировались в пределах 5-6 ГПа и 1373-1623 К соответственно Спекались только порошки с-Б^]^, содержащие аморфный нитрид кремния После спекания оказалось, что в образцах значительно возросло содержание Р-Б^!^ Это вызвано переходом аморфного нитрида кремния в Р-5|3>)4 Также отмечено уменьшение ширины пиков с-Б^Т^ на дифрактограммах спечённых образцов, что говорит об увеличении среднего размера кристаллитов кубической фазы с 12 до 20 нм Увеличение размера кристаллитов с-8|31Ч4 , вероятно, вызвано не их ростом, а переходом меньших по размеру кристаллитов в р-Б^Н) Содержание с-БьТ^ в образцах, спеченных при температуре 1373 К, согласно рентгеноструктурному анализу находилось и интервале 12-54 % Результаты измерения твердости полученных спеков приведены на рис 6 При нагрузке на инденторе 100 и 200 г твердость образцов находится на уровне 30 ГПа Таким образом, несмотря на значительное содержание в спеках фазы низкого давления, твёрдость образцов с содержа-

12

к

нием с-813ТЯ4 в полтора раза превышает твердость лучших керамик на основе а и р фаз нитрида кремния

В заключении подведены итоги исследований ударно-волнового синтеза и свойств кубического нитрида кремния Основные результаты и выводы

1 Разработаны два варианта методики сохранения пористых образцов большого размера после нагружения их ударными волнами Методики отработаны для диапазона давлений от 20 до 100 ГПа и температур от 2000 до 6000 К в образце использованы для наработки фазы высокого давления нитрида кремния

2 Осуществлен динамический синтез кубического нитрида кремния с-Б^^, который выполнен в механической смеси порошков гексагонального нитрида кремния и меди В плоской ампуле сохранения выход полезного продукта достигает 40 % при ударном давлении около 53 ГПа и расчетной температуре от 2600 до 4400 К

3 Впервые реализован синтез кубического нитрида кремния с использованием цилиндрической ампулы сохранения Согласно данным рентгеноструктурного анализа выход искомой кубической фазы нитрида кремния достигает 40 % Благодаря простоте постановки данный метод может быть полезен для наработки фазы высокого давления нитрида кремния в большом количестве

4 Исследован фазовый состав продукта динамического синтеза Показано, что в продукте кроме кубической фазы содержатся остатки гексагональной фазы и в значительном количестве аморфная фаза нитрида кремния Оценки показывают, что её количество может превышать 50 массовых процентов

5 Сформулировано и обосновано утверждение - синтез кубического нитрида кремния из Р-813М4 в ударных волнах идет через жидкое промежуточное состояние

6 С целью выделения чистой фазы с-813М4 освоен метод химической отчистки с-Б^Т^ от металлических примесей и фаз низкого давления

7 Полученные данные по структуре кубического нитрида кремния, синтезированного ударно-волновым методом, совпадают с данными для с-813>14, синтезированного статическими методами

8 Определена термическая стабильность кубического нитрида кремния, синтезированного динамическим методом, и показано, что температура обратного перехода р-813М4—>с-8|3>)4 составляет 1573°С как в вакууме, так и на воздухе

9 Определен коэффициент линейного термического расширения кубического нитрида кремния, синтезированного динамическим методом В интервале температур 300-1573 К зависимость коэффициента от температуры описывается формулой а,(Т)=3 62 10"6+2 19 Ю"9/4

10 Из синтезированного продукта (нанодисперсного материала, содержащего C-S13N4) динамическим компактированием и спеканием под давлением получены объемные образцы Характерный размер образцов - 2-5 мм

11 Определена твердость по Виккерсу для полученного материала Она превышает 30 ГПа при нагрузке на алмазный индентор 100 г

Полученные результаты позволяют утверждать, что кубический нитрид кремния является перспективным материалом с высокими значениями термической стабильности и твёрдости Но исследование возможностей эффективного применения этого материала в приложениях ограничивается отсутствием простых, более дешевых методов его производства в количествах, необходимых для более широкого и детального изучения и других физических свойств нового материала

Список цитируемой литературы

1 Андриевский Р А Нитрид кремния - синтез и свойства//Успехи химии 1995, т 64, № 4, стр 311-329

2 Zerr А , Miehe G , Serghiou G , Schwarz M , Kroke E , Riedel R , Fueb H , Kroll P , BoehlerR Synthesis of cubic silicon nitride // Nature 1999, v 400, p 340-342

3 Sekine T, He Hongliang, Kobayashi T, Zhang Ming, and Xu Fangfanf Shock-induced transformation of P-Si3N4 to high-pressure cubic-spine! phase // Appl Phys Letters 2000, v 76, no 25, p 3706-3708

4 Першин С В , Канель Г И Методы сохранения ударно сжатых образцов и анализ картины сжатия (обзор) / Москва 1969

5 Мак-Куин Р , Марш С , Тейлор Дж и др Уравнение состояния твердых тел по результатам исследований ударных волн // Высокоскоростные ударные явления / Под редакцией проф В Н Николаевского М, 1973, стр 299-427

6 Hongliang Не, Т Sekine, Т Kobayashi, Н Hirosaki Shock-induced phase transition of p-Si3N4 to c-s13n4 // Phys Rev В 2000, v 62, no 17, p 11412-11417

7 Hintzen H T, Hendrix M R M M , Wondergem H, Fang С M , Sekme T, De With G Thermal expansion of cubic Si3N4 with the spinel structure // Journal of Alloys and Compounds 2003, v 351, iss 1-2, p 40-42

8 Schwarz M High Pressure Synthesis of Novel Hard Materials Spinel-Si3N4 and Denvates // Kassel University Press, GmbH, Kassel, 2005

9 Jiang J Z , Lindelov H , Gerward L, Stahl К , Recio J M , Mori-Sanchez P , Carlson S , Mezouar M , Dooryhee E , Fitch A , Frost D J Compressibility and thermal expansion of cubic silicon nitride//Physical review В 2002, v 65, 161202(4)

10 Tanaka I, Oba F , Sekine T, Ito E , Kubo A, Tatsumi К , Adachi H , Yamamoto T Hardness of cubic silicon nitride //J Mater Res 2002,v 17,no 4, p 731-733

11 Jiang J Z, Kragh F , Frost D J , Stahl К, Lindelov H Hardness and thermal stability

of cubic silicon nitride//J Phys Condensed Matter 2001, no 13, p L515-L520

Список публикаций по теме диссертации

Юношев А С Ударно-волновой синтез кубической фазы нитрида кремния // IV Школа - семинар «Физика взрыва и применение взрыва в физическом эксперименте», 16 09-19 09 2003 / Тезисы докладов, Новосибирск С 109 Юношев А С Ударно-волновой синтез кубического нитрида кремния // Физика горения и взрыва, 2004, т 40, № 3, С 132-135 Yunoshev A S, Silvestrov V V, Deribas A A Shock-wave synthesis of cubic silicon nitride // 1st ESHP Symposium, March 14-18, 2004, Kumamoto, Japan Abstracts P 33

Yunoshev A S , Silvestrov V V , Deribas A A Shock-Wave synthesis of cubic phase of silicon nitride Si3N4 // Material Science Forum 2004 V 465-466 P 113-116

Юношев А С , Сильвестров В В , Пальянов 10 Н , Калинин А А , Тесленко Т С, Дерибас А А Взрывной синтез и спекание кубического нитрида кремния И Доклады IV Всероссийской конф «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» Томск, 5-7 октября 2004 г Изд-во ТГУ С 257-258

Юношев А С , Сильвестров В В , Пальянов Ю Н , Калинин А А , Дерибас А А Ударно-волновой синтез и спекание кубического нитрида кремния // Международная конференция VII Харитоновские тематические научные чтения Экстремальные состояния вещества Детонация Ударные волны 14 марта - 18 марта 2005 г , Сэров, Тезисы С 344-346 Yunoshev A S , Silvestrov V V , Kalinin А А , and Pal'yanov Yu N Shockwave synthesis and HPHT sintering of cubic silicon nitride // 14th APS Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter, July 31-August 5, Baltimore, Maryland, 2005, Bulletin of the APS P 49

Yunoshev A S , Silvestrov V V , Kalinin A A , and Pal'yanov Yu N Shockwave synthesis and HPHT sintering of cubic silicon nitride // Shock Compression of Condensed Matter - 2005, Proceedings of the Conference of the American Physical Society, P 1173-1176

Юношев А С , Сильвестров В В Ударно-волновой синтез новых сверхтвердых материалов // Международная конференция VIII Забабахинские научные чтения, 24-28 сентября 2005 г, Саров, Тезисы С 182 Yunoshev A S , Silvestrov V V Shock-Wave Synthesis of Novel Superhard Materials // Zababakhin Scientific Talks - 2005 Intern Conf on High Energy Density Physics AIP Conf Proc , August 3,2006 V 849 P 439-443 Blank V D , Deribas A A, Dubitskii G A , Kulibaba V F , L'vova N A , Yunoshev A S , Silvestrov V V Cubic Si3N4 Shock synthesis, thermobaric processing and properties // «Shock-Assisted Synthesis and Modification of Materials», VIIIth Intern Symp on Application of Explosion to Preparation of New Materials, September 11-14,2006 Torus Press 2006 Moscow, Russia P 14 Blank V D , Deribas A A , L'vova N A , Bagramov R H , Kylnitskiy В A , Perezhogin \ A , Prohorov V M , Silvestrov V V , Yunoshev A S Properties of cubic Si3N4 obtained by shock synthesis // Material Science Forum 2007, m print

Подписано в печать 07 09 2007 Заказ № 220

Формат бумаги 60 х 84 1/16 Объем 1,0 п л

Тираж 75 экз Бесплатно

Отпечатано на полиграфическом участке Института гидродинамики

им М А Лаврентьева СО РАН, 630090, Новосибирск, просп акад Лаврентьева, 15

Ашютацнп.

1. Введение.

1.1. Динамический синтез.

1.2. Статические аппараты высокого давления.

1.3. Кубический нитрид кремния.

1.4. Цель работы.

2. Синтез и выделение кубического нитрида кремния.

2.1. Ударно-волновой синтез.

2.1.1. Плоские ампулы сохранения.

2.1.2. Плоские ампулы сохранения с динамической поддержкой.

2.1.3. Цилиндрические ампулы сохранения.

2.2. Исходный материал.

2.3. Нагружение.

2.3.1. Нагружение порошка.

2.3.2. Нагружение компактов.

2.3.3. Нагружение с воздухом.

2.3.4. Синтез в цилиндрической ампуле сохранения.

2.4. Структура синтезируемого материала.

2.5. Химическая очистка.

2.6. Выводы к главе 2.

3. Определение параметров ударно-волнового синтеза.

3.1. Соотношения на фронте ударной волны.

3.2. Ударная адиабата смеси.

3.3. ХТ- диаграмма.

3.4. Параметры синтеза кубического нитрида кремния.

3.5. Скин-модель для расчёта параметров нагружения смеси.

3.6. Механизм фазового превращения р^з^—»с^з^.

3.7. Оптимизация условий синтеза.

3.8. Выводы к главе 3.

4 4. Кубический нитрид кремния.

4.1. Структура с-81э1Ч4.

4.2. Термические свойства с^э^.

4.2.1. Порошковая дифрактометрия при повышенных температурах.

4.2.2. Термическая стабильность.

4.2.3. Коэффициент линейного термического расширения.

4.3. Исследование компактных образцов.

4.3.1. Динамическое компактирование.

4.3.2. Изостатическое спекание под давлением.

4.3.3. Измерение твёрдости.

4.4. Выводы к главе 4.

Изучение влияния ударных волн на вещество привлекает внимание исследователей на протяжении последних пятидесяти лет [1]. За фронтом ударной волны увеличивается не только давление, но значительно возрастает температура вещества, действуют интенсивные сдвиговые напряжения, и происходит интенсивное перемешивание. Ударная волна оказывает не только разрушающее, дробящее действие, но может использоваться для прессования порошковых материалов, очищения и активации поверхности структурных составляющих, что способствует протеканию химических реакций за времена существенно меньшие,- по сравнению с воздействием высокого статического давления.

Одно из наиболее интересных применений техники ударных волн связано с фазовыми превращениями, происходящими в веществе за времена нагружения порядка 1 мкс, что, по меньшей мере, на 8 порядков меньше времени, характерного для статических методов нагружения. Существенным преимуществом техники ударных волн является большой объем нагружаемого образца - единицы кубических сантиметров, в то время как при давлениях более 10 ГПа для статических методов характерной величиной является кубический миллиметр.

Для синтеза фаз высокого давления используются как статические, так и динамические методы получения высоких давлений.

1.1. Динамический синтез

Ударная волна (УВ) обладает уникальной особенностью, создавать в материале одновременно высокие давления и температуры. Благодаря этому, после нагружения веществ в их структуре наблюдаются изменения. Они связаны с влиянием следующих параметров: большим давлением в УВ, большой температурой в УВ, большой остаточной температурой, интенсивными деформациями. Структурные изменения, происходящие в ударной волне, фиксируются при измерении ударной адиабаты материалов. Впервые это отмечено при исследовании ударной сжимаемости железа [2]. Ударная адиабата железа испытывает излом выше 13 ГПа, связанный с резким уменьшением объёма при фазовом превращении. Позже подобные изломы были обнаружены на ударных адиабатах других веществ [3, 4], в том числе углерода [5], претерпевающего превращение в алмаз.

Первые попытки сохранить фазы, получаемые в ударных волнах, принадлежат Ю.Н. Рябинину [6], предложившему воздействовать на вещество через стенки прочного герметичного металлического контейнера.

Динамическому синтезу фаз высокого давления для различных веществ посвящено множество исследований. Наиболее значимые достижения в этом новом направления были получены в конце пятидесятых - шестидесятых годах 20-го века. В эти годы были сформулированы основные принципы сохранения и идентификации фаз высокого давления. В наиболее известном раннем обзоре уже приведены примеры наблюдения фаз высокого давления для нескольких веществ при нагружении их ударными волнами [1]. Однако сохранить фазу высокого давления для большинства веществ не удаётся, поскольку при снятии высокого давления происходит обратный фазовый переход. Отметим динамический синтез и сохранение алмаза из графита в цилиндрической ампуле сохранения [7]. Данная работа явилась мощным толчком, ускорившим развитие нового направления. В эти же годы были синтезированы фазы высокого давления 8Ю2: стишовит и коэсит [8, 9], реализован синтез вюрцитоподобного нитрида бора [10].

Разновидностью динамического синтеза является детонационный синтез, когда материал, претерпевающий фазовое превращение при высоких давлениях и температурах, смешивается с взрывчатым веществом. После детонации этой смеси среди твёрдых продуктов детонации могут находиться и фазы высокого давления исходного вещества. Таким образом, было осуществлено превращение графита и нитрида бора в их более плотные модификации [11, 12]. Оказалось, что синтезировать ультрадисперсный алмаз можно непосредственно из продуктов взрыва мощных ВВ [13]. В результате такого детонационного синтеза свободный углерод, образующийся при разложении молекул углерод-содержащего ВВ, может при определенных условиях конденсироваться в алмазоподобные нанокластеры.

В дальнейшем были выполнены сотни интересных работ, связанных с фазовыми превращениями веществ за фронтом ударных волн. В ряде случаев динамический синтез приобрел промышленные масштабы: синтез алмазного порошка в ампулах сохранения [14], детонационный синтез субмикронных порошков алмаза и вюрци-топодобного нитрида бора [10] и взрывной синтез ультрадисперсного алмаза [15]. Отметим, что практический интерес к этим материалам обусловлен тем, что они принадлежат к классу сверхтвердых материалов с достаточно высокой температурной стабильностью.

Таким образом, динамические методы синтеза могут быть полезны для изучения свойств фаз высокого давления, и, в определенных случаях, иметь важное практическое значение. Кроме того, при помощи динамических методов достаточно просто достигаются давления до 100 ГПа.

4.4. Выводы к главе 4

1. Получены данные по структуре кубического нитрида кремния, синтезированного ударно-волновым методом. Результаты совпадают с данными для с^з^, синтезированного статическими методами.

2. Определена термическая стабильность кубического нитрида кремния, синтезированного динамическим методом. Температура обратного перехода (3 с^з^ составляет 1575°С как в вакууме, так и на воздухе.

3. Определен коэффициент линейного термического расширения кубического нитрида кремния, синтезированного динамическим методом. В интервале температур 300+1580 К коэффициент линейного термического расширения зависит от температуры как а,(Т)=3.62■ 10"6+2.19-10'9Т.

4. Двумя методами: динамическим компакгированием и изостатическим спеканием получены объемные образцы из синтезированного продукта, нанодис-персного материала, содержащего кубический нитрид кремния. Характерный размер образцов - 2+5 мм.

5. Определена твердость по Виккерсу для полученного материала. Она превышает 30 ГПа при нагрузке на индентор 100 г.

Полученные результаты позволяют утверждать, что кубический нитрид кремния является перспективным материалом, обладающим высокой термической стабильностью и твёрдостью. Возможность эффективного применения этого материала в приложениях ограничена отсутствием простых, дешевых методов его производства в больших количествах.'

Заключение

Работа связана с применением взрывных методов нагружения для ударно-волнового синтеза кубического нитрида кремния в количестве достаточном для изучения его основных физических свойств. Интерес к с^з^ обусловлен тем, что данный материал может пополнить число известных сверхтвёрдых материалов.

Основные цели работы достигнуты:

1. Разработаны два варианта методики сохранения пористых образцов большого размера после нагружения их ударными волнами. В первом варианте, образец имел форму плоского кольца, во втором - массивное охранное кольцо заменено дополнительным зарядом ВВ. Эти методики позволили пройти широкий диапазон давлений от 20 до 100 ГПа и температур от 2000 до 6000 К в образце, и использовались для наработки фазы высокого давления нитрида кремния.

2. Осуществлен динамический синтез кубического нитрида кремния. В качестве прекурсора использовалась механическая смесь порошков гексагонального нитрида кремния и меди. В плоской ампуле сохранения выход с^з^ достигает 3040 % при ударном давлении около 53 ГПа и расчётной температуре от 2600 до 3500 К.

3. Впервые реализован синтез кубического нитрида кремния с использованием цилиндрической ампулы сохранения. Выход искомой кубической фазы нитрида кремния достигает 40 %. Благодаря простоте постановки данный метод может быть полезен для наработки фазы высокого давления нитрида кремния в большом количестве.

4. Исследован фазовый состав продукта динамического синтеза. Показано, что в продукте кроме кубической фазы содержатся остатки гексагональной фазы и в значительном количестве аморфная фаза нитрида кремния. Оценки показывают, что её количество может превышать 50 массовых процентов.

5. Сформулировано и обосновано утверждение - синтез кубического нитрида кремния из Р^з^ в ударных волнах идет через жидкое промежуточное состояние.

6. С целью выделения чистого кубического нитрида кремния освоен метод химической отчистки с^з^ от металлических примесей и фаз низкого давления.

7. Получены данные по структуре кубического нитрида кремния, синтезированного ударно-волновым методом. Результаты совпадают с данными для с^з^, синтезированного статическими методами.

8. Определена термическая стабильность кубического нитрида кремния, синтезированного динамическим методом, и показано, что температура обратного перехода р^з^-^с^з^ составляет 1573°К как в вакууме, так и на воздухе.

9. Определен коэффициент линейного термического расширения кубического нитрида кремния, синтезированного динамическим методом. Коэффициент зависит от температуры: а,(7)=3.62-10'5 +2.19-10'9Г - в интервале температур 300+1580°К

10. Двумя методами: динамическим компактированием и изостатическим спеканием - получены объемные образцы из синтезированного продукта, нанодисперс-ного материала, содержащего кубический нитрид кремния. Характерный размер образцов - 2+5 мм.

11. Определена твердость по Виккерсу для полученного материала. Она превышает 30 ГПа при нагрузке на алмазный индентор 100 г.

Полученные результаты позволяют утверждать, что кубический нитрид кремния является перспективным материалом, обладающим высокими значениями термической стабильности и твёрдости. Возможность эффективного применения этого материала в приложениях ограничена отсутствием простых, дешевых методов его производства в больших количествах.

Список работ по теме диссертации

1. Юношев А.С. Ударно-волновой синтез кубической фазы нитрида кремния // IV Школа - семинар «Физика взрыва и применение взрыва в физическом эксперименте», 16.09-19.09.2003 / Тезисы докладов, Новосибирск. С. 109.

2. Юношев А.С. Ударно-волновой синтез кубического нитрида кремния // Физика горения и взрыва, 2004, т. 40, № 3, С. 132-135.

3. Yunoshev A.S., Silvestrov V.V, Deribas A.A. Shock-wave synthesis of cubic silicon nitride // 1st ESHP Symposium, March 14-18, 2004, Kumamoto, Japan. Abstracts. P. 33.

4. Yunoshev A.S., Silvestrov V.V., Deribas A.A. Shock-Wave synthesis of cubic phase of silicon nitride Si3N4 // Material Science Forum. 2004. V. 465-466. P.113-116.

5. Юношев A.C., Сильвестров В.В., Пальянов Ю.Н., Калинин А.А., Тесленко Т.С., Дерибас А.А. Взрывной синтез и спекание кубического нитрида кремния // Доклады IV Всероссийской конф. «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики». Томск, 5-7 октября 2004 г. Изд-во ТГУ. С. 257-258.

6. Юношев А.С., Сильвестров В.В., Пальянов Ю.Н., Калинин А.А., Дерибас А.А. Ударно-волновой синтез и спекание кубического нитрида кремния // Международная конференция VII Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны. 14 марта - 18 марта 2005 г., Саров, Тезисы. С. 344-346.

7. Yunoshev A.S., Silvestrov V.V., Kalinin А.А., and Pal'yanov Yu.N. Shock-wave synthesis and HPHT sintering of cubic silicon nitride // 14th APS Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter, July 31-August 5, Baltimore, Maiyland, 2005, Bulletin of the APS. P. 49.

8. Yunoshev A.S., Silvestrov V.V., Kalinin A.A., and Pal'yanov Yu.N. Shock-wave synthesis and HPHT sintering of cubic silicon nitride // Shock Compression of

Condensed Matter - 2005, Proceedings of the Conference of the American Physical Society, P. 1173-1176.

9. Юношев A.C., Сильвестров B.B. Ударно-волновой синтез новых сверхтвёрдых материалов // Международная конференция VIII Забабахинские научные чтения, 24-28 сентября 2005 г., Саров, Тезисы. С. 182.

10. Yunoshev A.S., Silvestrov V.V. Shock-Wave Synthesis of Novel Superhard Materials // Zababakhin Scientific Talks - 2005: Intern. Conf. on High Energy Density Physics. AIP Conf. Proc., August 3,2006. V. 849. P. 439-443.

11. Blank V.D., Deribas A.A., Dubitskii G.A., Kulibaba V.F., L'vova N.A., Yunoshev A.S., Silvestrov V.V. Cubic Si3N4: Shock synthesis, thermobaric processing and properties // «Shock-Assisted Synthesis and Modification of Materials», VIIIth Intern. Symp. on Application of Explosion to Preparation of New Materials, September 11-14,2006. Torus Press. 2006. Moscow, Russia. P. 14.

12. Blank V.D., Deribas A.A., L'vova N.A., Bagramov R.H., Kylnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Prohorov V.M., Silvestrov V.V., Yunoshev A.S. Properties of cubic Si3N4 obtained by shock synthesis // Material Science Forum. 2007, in print.

Благодарности

Автор благодарен научному руководителю Сильвеетрову В.В., а также Дерибасу A.A., за постановку задачи, постоянное внимание к работе. Автор признателен Тесленко Т.С. за проведение рентгеноструктурного анализа на начальном этапе работы и Мали В.И. за полезные советы по постановке экспериментов и обсуждение их результатов. Автор благодарит сотрудников Института минералогии и петрографии СО РАН Пальянова Ю.Н. и Калинина A.A. за спекание образцов под давлением.

Автор благодарит также Нехаева В.Ф. за изготовление многочисленных деталей экспериментальных сборок и работников участка подготовки взрывчатых веществ ИГиЛ Боберову Л.И. и Курчатову Н.В. за изготовление необходимых изделий из ВВ, а также других сотрудников лаборатории высокоскоростных процессов Института гидродинамики, способствующих выполнению работы в целом.

Работа выполнялась при поддержке грантов РФФИ - №№ 03-03-33174 и 0503-32353, интеграционных проектов СО РАН - №№ 29 и 9.4, программы Президиума РАН №18 «Теплофизика и механика высокоэнергетических воздействий» в рамках госконтракта № 11/1, и программ поддержки ведущих научных школ -НШ-2073.2003.1 и НШ-8583.2006.1.

1. Б. Алдер. Физические эксперименты с сильными ударными волнами // В кн. «Твердые тела под высоким давлением», под ред. В. Пол, Д. Варшауэр. М:Мир, 1966. Гл. 13.

2. D. Bancroft, A.M. Peterson, S. Minshall // J. Appl. Phys. 1956,27, p. 291

3. A.H. Дрёмин, Г.А. Ададуров Доклады АН СССР, 1959, 128, № 2, стр. 261

4. JI.B. Альтшулер, М.Н. Павловский, J1.B. Кулешова, Г.В. Симаков. Исследование галогенидов щелочных металлов при высоких давлениях и температурах ударного сжатия // ФТТ, 5,279,163

5. А.Н. Дрёмин, С.В. Першин. К вопросу о теоретической сжимаемости углерода//ФГВ, 1968,№ 1, стр. 112-115

6. Ю.Н. Рябинин. // ЖТФ, 1956,26, вып. 12, стр. 2661

7. De Carly, J.C. Jamieson. Formation of diamond by explosive shock // Science 133,1961, p. 821-822

8. De Carli, Paul S., Milton, Daniel J. Stishovite: Synthesis by Shock Wave // Science, Volume 147, Issue 3654, pp. 144-145,1965

9. A.A. Deribas, N. Dobretsov, V. Kudinov, V. Mily, A. Serebryakov, A. Staver. Shock wave compression some inorganic compositions // Behavior of Dense Media Under High Dynamic Pressure, ed. J. Berger, Gordon and Breach, N.Y., 1968, p. 385-388

10. В.Н. Дробышев. Детонационный синтез сверхтвёрдых материалов // ФГВ, 1983, т. 19, №5, стр. 158

11. В.В. Даниленко. Из истории синтеза наноалмазов // ФТТ, 2004, том 46, вып. 4, стр. 581-584

12. В.М. Титов, В.Ф. Анисичкии, И.Ю. Мальков. Исследование процесса синтеза ультрадисперсного алмаза в детонационных волнах // ФГВ, 1989, 25, 3, стр. 117-126

13. Е. I. du Pont de Nemours & Co., Netherlands Patent Release No. 6 506 395 (1965) (G.R. Crowan, B.W. Dunnington, and A.H. Holtzman Process for synthesizing diamond, U.S. Patent 3.401.019, September 10, 1968)

14. Новые материалы и технологии. Экстремальные технологические процессы. Новосибирск, «Наука», 1992

15. Paul F. McMilan. New materials from high pressure experiments //Nature Materials, Vol. 1,2002, pp. 19-25

16. Liu A. Y., Cohen M. L. Prediction of new low compressibility solids // Science. 1989. V. 245. P. 841-842

17. Р.А.Андриевский. Нитрид кремния синтез и свойства // Успехи химии, т. 64, №4, 1995, стр. 311-329

18. Zerr A., Miehe G., et al. Synthesis of cubic silicon nitride // Nature. 1999. V. 400. P. 340-342

19. M. Schwarz, G. Miehe, A. Zerr, E. Kroke, В. Т. Рое, H. Fuess, and Riedel. Spinel-c-Si3N4: Multi-Anvil Press Synthesis and Structural Refinement // Adv. Mater., 12, p. 883-887, 2000

20. J.Z. Jiang, F. Kragh, D.J. Frost, K. Stahl and H. Lindelov. Hardness and thermal stability of cubic silicon nitride // J. Phys.: Condens. Matter, 13, 2001, pp. L515-L520

21. Sekine and T. Mitsuhashi. High-temperature metastability of cubic spinel Si3N4 // Applied Physics Letters, vol. 79, № 17, p. 2719-2721, 2001

22. J. Z. Jiang, H. Lindelov, L. Gerward, K. Sta°hl, J. M. Recio, P. Mori-Sanchez, S. Carlson, M. Mezouar, E. Dooryhee, A. Fitch, D. J. Frost. Compressibility and thermal expansion of cubic silicon nitride // Physical review B, Vol. 65, 161202(4), 2002

23. Tanaka, Т. Mizoguchi, Т. Sekine, Hongliang He, K. Kimoto, T. Koboyashi, Shang-Di Mo, W.Y. Ching. Electron energy loss near-edge structure of cubic Si3N4 II Applied Physics Letter, vol. 78, n. 15, p. 2134-2136,2001

24. Tanaka, F. Oba, T. Sekine, E. Ito, A. Kubo, K. Tatsumi, H. Adachi, T. Yama-moto. Hardness of cubic silicon nitride // J. Mater. Res., vol. 17, n. 4, p.731-733, 2002

25. T. Sekine, Hongliang He, T. Kobayashi, Ming Zhang, and Fangfanf Xu. Shock-induced transformation of P-Si3N4 to high-pressure cubic-spinel phase // Appl. Phys. Letters, v. 76, No 25, P. 3706-3708,2000

26. T. Sekine. Shock Synthesis of Cubic Silicon Nitride // J. Am. Ceram. Soc., 85 1., p. 113-116,2002

27. Hongliang He, T. Sekine, T. Kobayashi, H. Hirosaki. Shock-induced phase transition of P-Si3N4 to c-Si3N4 // Phys.Rev.B, 2000, vol.62, n. 17, p. 11412-11417

28. C.B. Першин, Г.И. Каннель. Методы сохранения ударно сжатых образцов и анализ картины сжатия (обзор), Москва 1969

29. Y. Horie, А.В. Sawaoka. Shock compression chemistry of materials, ISBN 487677-107-3, 1993, KTK scientific publishers, Tokyo

30. Shock compression technology and material science, edited by Akira B. Sawaoka, ISBN 4-87677-106-X, 1992, KTK scientific publishers, Tokyo

31. H.JI. Глинка Общая химия, изд.16ое, JI. «Химия», 197434. http://www.morita-kagaku.co.jp/products/Fluorosilicate/NH4SiF6.htm

32. В.Ф. Нестеренко Импульсное нагружение гетерогенных материалов Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение, 1992

33. Мак-Куин Р., Марш С., Тейлор Дж. и др. Уравнение состояния твёрдых тел по результатам исследований ударных волн // Высокоскоростные ударные явления. Под редакцией проф. В. Н. Николаевского. М., 1973, стр. 299-427

34. Г.А. Ададуров, А.Н. Дрёмин, С.В. Першин, В.Н. Родионов, Ю.Н. Рябинин. Ударное сжатие кварца // ПМТФ, 1962,4, стр. 81-89

35. С.В. Пятернёв, С.В. Першин, А.Н. Дрёмин. Зависимость давления ударно-инициированного превращения графит-алмаз от начальной плотности графита и линия гистерезиса данного превращения // ФГВ, 1986, № 6, стр. 125-130

36. С.С. Бацанов. Динамико-статическое сжатие // ФГВ, 1994, т. 30, № 1, с. 125130

37. Б.И. Абашкин, Д.Л. Гурьев, И.Н. Ермилов, И.Х. Забиров, Л.С. Кашеварова. Воздействие низкоамплитудной ударной волны с остаточным давлением на гексогональный нитрид бора//ФГВ, 1997, т. 33, № 5, стр. 122-127

38. Л.В. Альтшулер, А.А. Баканова, Р.Ф. Трунин. Ударные адиабаты и нулевые изотермы семи металлов при высоких давлениях // ЖЭТФ, 42, 1962

39. М. Schwarz. High Pressure Synthesis of Novel Hard Materials: Spinel-Si3N4 and Derivates // Kassel University Press, GmbH, Kassel, 2005

40. Blank V.D., Deribas A.A., L'vova N.A., Bagramov R.H., Kylnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Prohorov V.M., Silvestrov V.V., Yunoshev A.S. Properties of cubic Si3N4 obtained by shock synthesis // Material Science Forum. 2007, in print.

41. A.B. Курдюмов, В.Ф. Бритун, Н.И. Боримчук, В.В. Ярош. Мартенситные и диффузионные превращения в углероде и нитриде бора при ударном сжатии Киев.: КуприяноваО.О., 2005

42. I.V. Lomonosov, A.V. Bushman, V.E. Fortov, and K.V. Khishchenko. Caloric equation of state of structural materials// High Pressure Science and Technology -1993, New York: AIP Press, 1994, P. 133-136

43. K. Kondo, S. Soga, A. Sawaoka, M. Araki. Shock Compaction of Silicon Carbide Powder// Journal of Materials Science, 20,1985, p. 1033-1048

44. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явления Москва, «Наука», 1966

45. Т. Mashimo. Shock yielding properties of brittle materials // Shock Waves in Condensed matter 1987,1988, pp. 289-292

46. R. Feng, Y.M. Gupta, G. Yang. Dynamic strength and inelastic deformation of ceramics under shock wave loading // Shock Waves in Condensed matter 1997, 1998, pp. 483-488

47. George T. Gray. Shock recovery experiments: an assessment // Shock Waves in Condensed matter 1989, 1990, pp. 407-414

48. JI.B. Альтшулер. Фазовые превращения в ударных волнах (обзор) // ПМТФ, №4,1978, стр.93-103

49. Н. Nameki, Т. Sekine, Т. Kobayashi, O.V. Fatyanov, Т. Sato, S. Tashiro. Rapid quench formation of E-BN from shocked turbostratic BN precursors // Journal of Materials Science Letters 15,1996, pp. 1492-1494

50. R.R. Reeber, K. Goessel and K. Wang. Thermal Expansion and molar volume of MgO, periclase, from 5 to 2900 К//Eur. J. Mineral., 1995, 7, 1039-1047

51. H. T. Hintzen, M. R. M. M. Hendrix, H. Wondergem, С. M. Fang, T. Sekine and G. de With. Thermal expansion of cubic Si3N4 with the spinel structure II Journal of Alloys and Compounds, Volume 351, Issues 1-2,2003, p. 40-42

52. E.P. Carton. Dynamic compaction of ceramics and composites // Delft University Press, Netherlands, 1997, ISBN 90-407-1547-5 / CIP

53. A.A. Дерибас, П.А. Симонов, B.H. Филимоненко, А.А. Штерцер. Длинноим-пульсное взрывное компактирование алмазного порошка // ФГВ, 2000, т. 36, № 6, стр. 91

54. Э.Э. Лин, С. А. Новиков. Динамическое компактирование ультрадисперсных алмазов//ФГВ, 1995, т. 31, № 5, стр. 136

55. Д. С. Долгушин, В. Ф. Анисичкин. Ударно-волновое компактирование ультрадисперсных алмазов // ФГВ, 1999, т. 35, № 3, стр. 143

56. George D. Quinn. Hardness testing of ceramics II Advanced Materials and Processes, N2, vol. 154, 1998

57. George D. Quinn, Parimal J. Patel. Effect of Loading Rate Upon Conventional Ceramic Microindentation Hardness // Jornal of Research of the National Institute of Standards and Technology, vol. 107, N 3, 2002, pp. 299-306