Исследование возможности получения керамических нитридно-карбидных нанопорошковых композиций Si3N4-TiC, AlN-TiC и TiN-TiC методом СВС-Аз с применением азида натрия и галоидных солей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель. Исследование возможности применения азидной технологии СВС для получения субмикронной и наноразмерной порошковой композиции TiN-TiC с применением галоидной соли (NH4)2TiF6.

Методы. Одним из перспективных in-situ процессов является процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) самых разнообразных тугоплавких соединений, в том числе нитридов и карбидов, который идет за счет собственного тепловыделения горения в простом малогабаритном оборудовании и занимает мало времени [9].

Результаты. Известны составы смесей для получения этим методом однофазных порошков TiN-TiC, из анализа которых для синтеза композиции TiN-TiCиспользовались уравнения:

Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+C= TiN+TiC+6NaF+4H2+9,5N2                                                               (1)

2Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+2C= TiN+2TiC+6NaF+4H2+9,5N2                                                                    (2)

4Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+4C= TiN+4TiC+6NaF+4H2+9,5N2                                                                    (3)

2Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+C= 2TiN+TiC+6NaF+4H2+9N2                                                                          (4)

4Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+C= 4TiN+TiC+6NaF+4H2+8N2                                                                          (5)

В качестве исходного сырья использовались: порошок NaN3 классификации «Ч» (содержание основного вещества ≥ 98,71 мас.%), порошок (NH4)2TiF6 классификация «Ч» (содержание основного вещества 99,0 мас.%), сажа марки П701 (содержание основного вещества ≥ 88 мас.%), порошок Ti марки ПТМ-3 (содержание основного вещества 99,5 мас.%). Экспериментальные исследования возможности получения композиции TiN-TiC проводились в лабораторном реакторе СВС в атмосфере азота при сравнительно небольшом давлении 4 МПа и насыпной плотности смесей исходных порошков. Результаты исследования микроструктуры, энергодисперсионного и рентгенофазового анализов показали, что продукты горения всех исходных смесей состоят из высокодисперсных субмикронных равноосных частиц размером от 100 нм до 600 нм.

Выводы. При использовании метода азидного СВС удается синтезировать целевую керамическую нитридно-карбидную порошковую композицию TiN-TiC. Однако в состав продуктов синтеза, наряду с целевыми фазами TiN и TiC, также входит карбонитрид титана (TiN0,5C0,5), причем в заметных количествах от 2,6 до 23,8 масс. %.

Полный текст

Цель. Исследование возможности применения азидной технологии СВС для получения субмикронной и наноразмерной порошковой композиции TiN-TiC с применением галоидной соли (NH4)2TiF6.

Методы. Одним из перспективных in-situ процессов является процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) самых разнообразных тугоплавких соединений, в том числе нитридов и карбидов, который идет за счет собственного тепловыделения горения в простом малогабаритном оборудовании и занимает мало времени [9].

Результаты. Известны составы смесей для получения этим методом однофазных порошков TiN-TiC, из анализа которых для синтеза композиции TiN-TiCиспользовались уравнения:

Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+C= TiN+TiC+6NaF+4H2+9,5N2                                                               (1)

2Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+2C= TiN+2TiC+6NaF+4H2+9,5N2                                                                    (2)

4Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+4C= TiN+4TiC+6NaF+4H2+9,5N2                                                                    (3)

2Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+C= 2TiN+TiC+6NaF+4H2+9N2                                                                          (4)

4Ti+6NaN3+(NH4)2TiF6+C= 4TiN+TiC+6NaF+4H2+8N2                                                                          (5)

В качестве исходного сырья использовались: порошок NaN3 классификации «Ч» (содержание основного вещества ≥ 98,71 мас.%), порошок (NH4)2TiF6 классификация «Ч» (содержание основного вещества 99,0 мас.%), сажа марки П701 (содержание основного вещества ≥ 88 мас.%), порошок Ti марки ПТМ-3 (содержание основного вещества 99,5 мас.%). Экспериментальные исследования возможности получения композиции TiN-TiC проводились в лабораторном реакторе СВС в атмосфере азота при сравнительно небольшом давлении 4 МПа и насыпной плотности смесей исходных порошков. Результаты исследования микроструктуры, энергодисперсионного и рентгенофазового анализов показали, что продукты горения всех исходных смесей состоят из высокодисперсных субмикронных равноосных частиц размером от 100 нм до 600 нм.

Выводы. При использовании метода азидного СВС удается синтезировать целевую керамическую нитридно-карбидную порошковую композицию TiN-TiC. Однако в состав продуктов синтеза, наряду с целевыми фазами TiN и TiC, также входит карбонитрид титана (TiN0,5C0,5), причем в заметных количествах от 2,6 до 23,8 масс. %.

×

Об авторах

Александр Петрович Амосов

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: egundor@yandex.ru

научный руководитель, доктор физико-математических наук, профессор

Россия, Самара

Юлия Владимировна Титова

Самарский государственный технический университет

Email: titova600@mail.ru

доцент, кандидат технических наук, доцент

Россия, Самара

Алсу Фаридовна Якубова

Самарский государственный технический университет

Email: minekhanovaaf@mail.ru

аспирантка, 2-УПНК-03-3, факультет машиностроения, металлургии и транспорта

Россия, Самара

Список литературы

  1. Chenghong Yi., Hongyuan Fan., Ji Xiong., Zhixing Guo., Guangbiao Dong., Weicai Wan., Hongsheng Chen. Effect of WC content on the microstructures and corrosion behavior of Ti(C, N)-based cermets. // Ceramics International. 2013,Vol. 39, No. 1., P. 503-509.doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.06.055
  2. Guangbiao Dong., Ji Xiong., Jianzhong Chen., Zhixing Guo., Weicai Wan., Chenhong Yi., Hongsheng Chen.Effect of WC on the microstructure and mechanical properties of nanoTi(C,N)-based cermets // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2012, Vol. 35, P. 159-162.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.05.009
  3. HuiwenXiong., Zhiyou Li., Kechao Zhou. TiC whisker reinforced ultra-fine TiC-based cermets: Microstructure and mechanical properties // Ceramics International. 2016, Vol. 42, No. 6., P. 6858-6867.doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.01.069
  4. Seyed Mahdi Rafiaei., Jae-Hee Kim., Shinhoo Kang.Effect of nitrogen and secondary carbide on the microstructure and properties of (Ti0.93W0.07)C–Ni cermets // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2014, Vol. 44, P. 123-128.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.02.001
  5. Palmero P., Nanomaterials, 5(2), 656, 2015. – doi: 10.3390/nano5020656.
  6. Панов В.С., Коняшин И.Ю., Левашов Е.А., Зайцев А.А., Твердые сплавы. – Москва: Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2019.
  7. Liu N., Han C.L., Xu Y.D., Chao S., Shi M., Feng J.P., Mater. Sci. Eng. A, 382, 122, 2004; doi: 10.1016/J.MSEA.2004.04.053.
  8. Wang D., Xue Ch., Cao Y., Zhao J., Ceram. Int., 44. 5093, 2018. – doi: 10.1016/j.ceramint.2017.12.109.
  9. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: Изд. домМИСиС, 2011. Levashov E.A., Rogachev A.S., Kurbatkina V.V., MaksimovYu.M., Yukhvid V.I. Perspective materials and technologies of self-propagating high-temperature synthesis. Moscow: MISIS, 2011 (In Russ.).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Амосов А.П., Титова Ю.В., Якубова А.Ф., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах