Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Влияние элементного порошкового сырья на формирование пористого каркаса МАХ-фазы Ti3AlC2 при получении методом СВС

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-37-47

Полный текст:

Аннотация

Тройное карбидное соединение карбоалюминид титана Ti3AlC2 относится к так называемым МАХ-фазам – новому виду керамических материалов с уникальными свойствами. Простой энергосберегающий метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), основанный на горении, является одним из перспективных методов для производства этой МАХ-фазы. Большой интерес представляет применение метода СВС для получения пористого каркаса МАХ-фазы Ti3AlC2 с однородной пористой структурой в отсутствии таких дефектов, как крупные поры, расслоения и трещины. В работе исследуется возможность получения такого пористого каркаса с максимальным содержанием МАХ-фазы Ti3AlC2 с использованием в качестве исходных компонентов порошков элементов Ti, Al и C различных марок, которые отличаются размерами частиц и углеродными формами (сажа или графит). Образцы пористого каркаса были получены сжиганием на воздухе прессованных брикетов шихт из исходных порошков выбранных марок без приложения внешнего давления. Исследованы макро- и микроструктура полученных образцов, их плотность и фазовый состав. Показано, что использование самых мелкодисперсных порошков титана и углерода приводит к слишком активному горению с газовыделением и синтезу дефектных пористых образцов с искажением формы шихтового брикета, крупными порами, расслоениями и трещинами. Наиболее высокие показатели по количеству МАХ-фазы в СВС-продукте наряду с содержанием побочной фазы карбида титана были получены при использовании порошка титана самой крупной фракции совместно с порошком графита, а не сажи. Добавление избыточного порошка алюминия к стехиометрическому соотношению в исходную шихту приводит к увеличению количества МАХ-фазы в продукте СВС, компенсируя потери алюминия из-за испарения. Увеличение объема образца (масштабный фактор) также приводит к увеличению количества МАХ-фазы в продукте СВС вследствие более медленного остывания продукта после реакции.

Об авторах

Денис Михайлович Давыдов
Самарский государственный технический университет, Самара (Россия)
Россия

аспирант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов



Эмиль Ринатович Умеров
Самарский государственный технический университет, Самара (Россия)
Россия

аспирант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов



Евгений Иванович Латухин
Самарский государственный технический университет, Самара (Россия)
Россия

кандидат технических наук, доцент кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов



Александр Петрович Амосов
Самарский государственный технический университет, Самара (Россия)
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов



Список литературы

1. Barsoum M.W. MAX Phases. Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides. Weinheim: Wiley-VCH, 2013. 437 p. DOI: 10.1002/9783527654581.

2. Tzenov N.V., Barsoum M.W. Synthesis and Characterization of Ti3AlC2 // Journal of the American Ceramic Society. 2000. Vol. 83. № 4. P. 825–832. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2000.tb01281.x.

3. Wang X.H., Zhou Y.C. Solid-liquid reaction synthesis of layered machinable Ti3AlC2 ceramic // Journal of Materials Chemistry. 2002. Vol. 12. № 3. P. 455–460. DOI: 10.1039/b108685e.

4. Zou Y., Sun Z., Tada S., Hashimoto H. Synthesis reactions for Ti3AlC2 through pulse discharge sintering Ti/Al4C3/TiC powder mixture // Scripta Materialia. 2006. Vol. 55. № 9. P. 767–770. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2006.07.018.

5. Yang C., Jin S.Z., Liang B.Y., Liu G.J., Duan L.F., Jia S.S. Synthesis of Ti3AlC2 by spark plasma sintering of mechanically milled 3Ti/xAl/2C powder mixtures // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 472. № 1-2. P. 79–83. DOI: 10.1016/j.jallcom.2008.04.031.

6. Gao L.N., Han T., Guo Z.L., Zhang X., Pan D., Zhou S.Y., Chen W.G., Li S.F. Preparation and performance of MAX phase Ti3AlC2 by in-situ reaction of Ti-Al-C system // Advanced Powder Technology. 2020. Vol. 31. № 8. P. 3533–3539. DOI: 10.1016/j.apt.2020.06.042.

7. Akhlaghi M., Tayebifard S.A., Salahi E., Asl M.S. Spark plasma sintering of TiAl–Ti3AlC2 composite // Ceramics International. 2018. Vol. 44. № 17. P. 21759–21764. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.08.272.

8. Akhlaghi M., Tayebifard S.A., Salahi E., Asl M.S., Schmidt G. Self-propagating high-temperature synthesis of Ti3AlC2 MAX phase from mechanically-activated Ti/Al/graphite powder mixture // Ceramics International. 2018. Vol. 44. № 8. P. 9671–9678. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.02.195.

9. Каченюк М.Н. Получение композиционного материала на основе Ti3SiC2 методом механосинтеза // Вопросы материаловедения. 2008. № 2. С. 210–218.

10. Pazniak A., Bazhin P., Shchetinin I., Kolesnikov E., Prokopets A., Shplis N., Stolin A., Kuznetsov D. Dense Ti3AlC2 based materials obtained by SHS-extrusion and compression methods // Ceramics International. 2019. Vol. 45. № 2. P. 2020–2027. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.10.101.

11. Goc K., Prendota W., Chlubny L., Strączek T., Tokarz W., Borowiak P., Witulska K., Bućko M.M., Przewoźnik J., Lis J. Structure, morphology and electrical transport properties of the Ti3AlC2 materials // Ceramics International. 2018. Vol. 44. № 15. P. 18322–18328. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.07.045.

12. Sun H.Y., Kong X., Yi Z.Z., Wang Q.B., Liu G.Y. The difference of synthesis mechanism between Ti3SiC2 and Ti3AlC2 prepared from Ti/M/C (M=Al or Si) elemental powders by SHS technique // Ceramics International. 2014. Vol. 40. № 8. P. 12977–12981. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.04.159.

13. Амосов Е.А., Ковалев Д.Ю., Латухин Е.И., Коновалихин С.В., Сычев А.Е. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в системе Ti-Al-C-B // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2017. № 2. С. 161–171.

14. Ковалев Д.Ю., Аверичев О.А., Лугинина М.А., Бажин П.М. Фазообразование в системе Ti–Al–C при СВС // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 4. С. 11–18. DOI: 10.17073/1997-308X-2017-4-11-18.

15. Jin S.B., Shen P., Zou B.L., Jiang Q.C. Morphology evolution of TiCx grains during SHS in an Al-Ti-C system // Crystal Growth & Design. 2009. Vol. 9. № 2. P. 646–649. DOI: 10.1021/cg800527q.

16. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Новиков В.А. Получение алюмокерамических каркасных композитов на основе МАХ-фазы Ti2AlC методом СВС-прессования // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 6. С. 53–62. DOI: 10.17073/0021-3438-2015-6-53-62.

17. Аверичев О.А., Прокопец А.Д., Столин П.А. Структурообразование слоистых керамических материалов Ti/Ti-Al-C, полученных методом свободного СВС-сжатия // Новые огнеупоры. 2019. № 4. С. 57–60. DOI: 10.17073/1683-4518-2019-4-57-60.

18. Умеров Э.Р., Латухин Е.И., Марков Ю.М. Инфильтрация расплава алюминия в пористый Ti3AlC2 после его синтеза // Современные материалы, техника и технологии. 2020. № 5. С. 106–114.

19. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Ермошкин А.А., Давыдов Д.М. Влияние газифицирующих добавок на фазовый состав продуктов горения при самораспространяющимся высокотемпературном синтезе МАХ-фаз в системе Ti-Al-С // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 6. С. 50–55.

20. Барабаш С.В., Латухин Е.И., Умеров Э.Р. Влияние фракционного состава СВС шихты на структуру TiC // Современные материалы, техника и технологии. 2020. № 5. С. 12–16.


Рецензия

Для цитирования:


Давыдов Д.М., Умеров Э.Р., Латухин Е.И., Амосов А.П. Влияние элементного порошкового сырья на формирование пористого каркаса МАХ-фазы Ti3AlC2 при получении методом СВС. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2021;(3):37-47. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-37-47

For citation:


Davydov D.M., Umerov E.R., Latukhin E.I., Amosov A.P. The influence of elemental powder raw material on the formation of the porous frame of Ti3AlC2 MAX-phase when obtaining by the SHS method. Science Vector of Togliatti State University . 2021;(3):37-47. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-37-47

Просмотров: 232


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)