ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИОННЫХ ФАЗОВЫХ ТРАНСФОРМАЦИЙ В КОМПОЗИТНЫХ (1-x)ZrO2 - xSiC КЕРАМИКАХ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТ В СОСТАВЕ

В статье приведены результаты оценки реакционных фазовых трансформаций в композитных (1-x)ZrO₂ - xSiC керамиках, связанных с изменением соотношения компонент в составе керамик при термическом спекании. Анализ проводился с применением методов рентгенофазового анализа, рамановской спектроскопии и оптической спектроскопии. Согласно результатам рентгенофазового анализа исследуемых образцов композитных (1-x)ZrO₂ - xSiC керамик установлено, что увеличение доли SiC до 0,5 в составе керамик приводит к инициализации реакционных фазовых трансформаций типа m-ZrO₂ → SiO₂+ZrO₂ → t-ZrSiO₄, результатом которых является образование тетрагональной фазы циркона. При этом установлено, что формирование фазы циркона происходит за счет термического окисления карбида кремния, в результате которого происходит образование оксида кремния и увеличение концентрации кислородных вакансий в составе керамик. Определено, что при концентрации SiC равной 5,0 М фазовый состав керамик представлен смесью фаз циркона ZrSiO₄ и гексагональной SiC фазы с малой примесью оксида кремния SiO₂ в составе. Анализ оптических спектров пропускания исследуемых керамик показал, что формирование в составе ZrSiO₄ сопровождается ростом кислородных вакансий, а также смещением края фундаментального поглощения.

1. Fan X. [et al.] Multi-scale synergic optimization strategy for dielectric energy storage ceramics // Journal of Advanced Ceramics. – 2023. – Vol. 12, No. 4. – P. 1–10.

2. Luo N. [et al.] Ordering‐Structured Antiferroelectric Composite Ceramics for Energy Storage Applications // Advanced Materials. – 2025. – Vol. 37, No. 11. – P. 2420258.

3. Huang X. [et al.] Enhanced energy storage performance of temperature-stable X8R ceramics with core-shell microstructure // Ceramics International. – 2025. – Vol. 51, No. 2. – P. 2259–2267.

4. Wu C. [et al.] Constructing novel SrTiO3-based composite ceramics with high energy storage performance under moderate electric field // Journal of Power Sources. – 2024. – Vol. 604. – P. 234475.

5. Palneedi H. [et al.] High‐performance dielectric ceramic films for energy storage capacitors: progress and outlook // Advanced Functional Materials. – 2018. – Vol. 28, No. 42. – P. 1803665.

6. Puli V. S. [et al.] Structure, dielectric, ferroelectric, and energy density properties of (1− x) BZT–x BCT ceramic capacitors for energy storage applications // Journal of Materials Science. – 2013. – Vol. 48, No. 5. – P. 2151– 2157.

7. Castro L. [et al.] Thermal analysis of ceramic nuclear fuels for the HPLWR // Annals of Nuclear Energy. – 2019. – Vol. 127. – P. 227–236.

8. Rybyanets A. N. [et al.] Electric power generations from PZT composite and porous ceramics for energy harvesting devices // Ferroelectrics. – 2015. – Vol. 484, No. 1. – P. 95–100.

9. Koumoto K. [et al.] Thermoelectric ceramics for energy harvesting // Journal of the American Ceramic Society. – 2013. – Vol. 96, No. 1. – P. 1–23.

10. Riedel R., Ionescu E., Chen I. W. Modern trends in advanced ceramics // Ceramics Science and Technology: Volume 1: Structures. – 2008. – P. 1–38.

11. Polkowski W. [et al.] Silicon-Boron Alloys as New Ultra-High Temperature Phase-Change Materials: Solid/Liquid State Interaction with the h-BN Composite // Silicon. – 2020. – Vol. 12, No. 7. – P. 1639–1649.

12. Podobová M. [et al.] Waste metals based metal-matrix ceramic-reinforced composites for friction applications // Metallic Materials/Kovové Materiály. – 2022. – Vol. 60, No. 6. – P. 1–10.

13. Li X. [et al.] A sheath-core shaped ZrO2-SiC/SiO2 fiber felt with continuously distributed SiC for broad-band electromagnetic absorption // Chemical Engineering Journal. – 2021. – Vol. 419. – P. 129414.

14. Bódis E. [et al.] Microstructure and sintering mechanism of SiC ceramics reinforced with nanosized ZrO2 // Eur. Chem. Bull. – 2017. – Vol. 6, No. 11. – P. 484–490.

15. Hashim A. [et al.] Preparation and properties of ZrO2/SiC-H2O nanofluids to use for energy storage application // East European Journal of Physics. – 2023. – No. 1. – P. 173–176.

16. Efaw C. M. [et al.] Characterization of zirconium oxides part I: Raman mapping and spectral feature analysis // Nuclear Materials and Energy. – 2019. – Vol. 21. – P. 100707.

17. Wang Z. [et al.] In situ spectroscopic studies of decomposition of ZrSiO 4 during alkali fusion process using various hydroxides // Rsc Advances. – 2015. – Vol. 5, No. 15. – P. 11658–11666.

18. Chaabane N. [et al.] Investigation of irradiation effects induced by self-ion in 6H-SiC combining RBS/C, Raman and XRD // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2012. – Vol. 286. – P. 108–113.

19. Syme R. W. G., Lockwood D. J., Kerr H. J. Raman spectrum of synthetic zircon (ZrSiO4) and thorite (ThSiO4) // Journal of Physics C: Solid State Physics. – 1977. – Vol. 10, No. 8. – P. 1335.

20. Dias A. N. C. [et al.] Micro-Raman spectroscopy of zircon (ZrSiO4) mineral at annealing conditions usually applied in zircon fission-track annealing dataset // Journal of nano-science and nanotechnology. – 2020. – Vol. 20, No. 3. – P. 1884–1891.

21. Dawson P., Hargreave M. M., Wilkinson G. R. The vibrational spectrum of zircon (ZrSiO4) // Journal of Physics C: Solid State Physics. – 1971. – Vol. 4, No. 2. – P. 240.