powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2016-4-60-67powder-255Research ArticleТугоплавкие, керамические и композиционные материалыRefractory, Ceramic, and Composite MaterialsИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ В СИСТЕМЕ «МЕДЬ–КАРБОСИЛИЦИД ТИТАНА»INVESTIGATION OF FORMATION OF STRUCTURE AND PROPERTIES IN Cu– Ti3SiC2 SYSTEMОглезневаС. А.OgleznevaS. A.

докт. техн. наук, профессор кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин» ПНИПУ, научный рук-ль Научного центра порошкового материаловедения ПНИПУ

Dr. Sci. (Tech.), prof., Department of materials, technology and design of machines, Perm National Research Polytechnic University, scientific head of the Centre of powder material science

director@pm.pstu.ac.ruКаченюкМ. Н.KachenyukM. N.

канд. техн. наук, доцент кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин»

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of materials, technology and design of machines

maxx@pm.pstu.ac.ruОглезневН. Д.OgleznevN. D.

канд. техн. наук, ст. препод. кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин»

Cand. Sci. (Tech.), senior lecturer, Department of materials, technology and design of machines

fastrex@mail.ruПермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)РоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian Federation201602022017046067Copyright © НИТУ "МИСИС", 20172017НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/255

Методами электронной микроскопии, рентгенофазового и энергодисперсионного анализов исследовано формирование структуры и свойств при инфильтрации, свободном и плазменно-искровом спеканиях в порошковых материалах «Cu – (12,5÷37,5 об.%) Ti3SiC2». Установлена независимость фазового состава композиционных материалов (КМ) от метода спекания и температуры в интервале 900–1200 °С. Особенностями формирования структуры КМ при спекании являются деинтеркалирование кремния из карбосилицида титана, образование твердого раствора углерода на базе силицида титана Ti5Si3(С), небольших количеств карбида титана, карбида кремния и силицида TiSi2. Увеличение концентрации Ti3SiС2 в КМ приводит к некоторому снижению электропроводящих свойств, но значительному повышению твердости, прочности и электроэрозионной износостойкости электродов из КМ для электроэрозионной прошивки.

The study covers the formation of structure and properties during infiltration, pressureless and spark plasma sintering in Cu – (12,5÷37,5 vol.%) Ti3SiC2 powder materials using electron microscopy, X-ray phase and energy dispersive analysis methods. The paper determines the independence of composite material (CM) phase composition from the sintering method and the temperature within 900–1200 °C. Special aspects of CM structure formation during sintering include deintercalation of silicon from titanium carbosilicide, formation of a solid carbon solution based on titanium silicide Ti5Si3(С), small amounts of titanium carbide, silicon carbide and silicide TiSi2. The increased concentration of Ti3SiC2 in CM leads to a certain decrease in electrical conductivity, but also to a significant increase in hardness, strength and wear resistance of the electroerosion electrode composites for EDM.

структуракомпозиционный материалмедькарбосилицид титанаспеканиеSPSинфильтрацияфизико-механические свойстваstructurecomposite materialcopperTi3SiC2sinteringSPSinfiltrationphysical and mechanical propertiesReferencesЕлисеев Ю.С., Саушкин Б.П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2010.Елисеев Ю.С., Саушкин Б.П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2010.Серебреницкий П.П. Современные электроэрозионные технологии и оборудование: Учеб. пос. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2007.Серебреницкий П.П. Современные электроэрозионные технологии и оборудование: Учеб. пос. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2007.Czelusniak T., Amorim F.L., Higa C.F., Lohrengel A. Development and application of new composite materials as EDM electrodes manufactured via selective laser sintering // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2014. Vol. 72. P. 1503—1512.Czelusniak T., Amorim F.L., Higa C.F., Lohrengel A. Development and application of new composite materials as EDM electrodes manufactured via selective laser sintering // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2014. Vol. 72. P. 1503—1512.Лепакова О.К., Голобоков Н.Н., Китлер В.Д., Шульпеков А.М., Максимов Ю.М. Электропроводящий композиционный материал, шихта для его получения и электропроводящая композиция: Пат. 2341839 (РФ). 2008.Лепакова О.К., Голобоков Н.Н., Китлер В.Д., Шульпеков А.М., Максимов Ю.М. Электропроводящий композиционный материал, шихта для его получения и электропроводящая композиция: Пат. 2341839 (РФ). 2008.Barsoum W. The Mn + iAXn: A new class of solids; Thermodynamically stable nanolaminates // Prog. Solid State Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.Barsoum W. The Mn + iAXn: A new class of solids; Thermodynamically stable nanolaminates // Prog. Solid State Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.Kisi E.H., Crossley A.A. Structure and crystal chemistry of Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> // J. Phys. Chem. Solids. 1998. Vol. 59. No. 9. P. 1437—1443.Kisi E.H., Crossley A.A. Structure and crystal chemistry of Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> // J. Phys. Chem. Solids. 1998. Vol. 59. No. 9. P. 1437—1443.Tungwai L. Ngai, Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sin-tering temperature on the preparation of Cu—Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite // Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Tungwai L. Ngai, Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sin-tering temperature on the preparation of Cu—Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite // Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Nickl J.J., Schweitzer К.К., Luxenberg P. Gasphasenabscheidung im systeme Ti—C—Si // J. Les. Common. Metals. 1972. Vol. 26. P. 382—389.Nickl J.J., Schweitzer К.К., Luxenberg P. Gasphasenabscheidung im systeme Ti—C—Si // J. Les. Common. Metals. 1972. Vol. 26. P. 382—389.International Center for Diffraction Data. PDF-2. The Powder diffraction files. 2001. Lic. No. 81200030.International Center for Diffraction Data. PDF-2. The Powder diffraction files. 2001. Lic. No. 81200030.Ida Kero. Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>. Synthesis by powder metallurgical methods // Licentiate Thesis. Luleå, Sweden: Luleå Univ. of Technology. 2007. No. 34. P. 74.Ida Kero. Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>. Synthesis by powder metallurgical methods // Licentiate Thesis. Luleå, Sweden: Luleå Univ. of Technology. 2007. No. 34. P. 74.Yanchun Zhou, Wanli Gu. Chemical reaction and stability of Ti3SiC2 in Cu during high-temperature processing of Cu/Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> composites // Z. Metallkd. 2004. Vol. 95. No. 1. P. 50—56.Yanchun Zhou, Wanli Gu. Chemical reaction and stability of Ti3SiC2 in Cu during high-temperature processing of Cu/Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> composites // Z. Metallkd. 2004. Vol. 95. No. 1. P. 50—56.Tungwai L. Ngai, Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sin-tering temperature on the preparation of Cu—Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite // Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Tungwai L. Ngai, Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sin-tering temperature on the preparation of Cu—Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite // Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Шухардин С.В. Двойные и многокомпонентные системы меди. М.: Наука, 1979.Шухардин С.В. Двойные и многокомпонентные системы меди. М.: Наука, 1979.Надуткин А.В. Изучение процессов синтеза Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> и формирования конструкционной керамики на его основе: Дис. ... канд. техн. наук. Сыктывкар: Ин-т химии Коми НЦ УрО РАН, 2007.Надуткин А.В. Изучение процессов синтеза Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> и формирования конструкционной керамики на его основе: Дис. ... канд. техн. наук. Сыктывкар: Ин-т химии Коми НЦ УрО РАН, 2007.Косолапова Т.Я. Карбиды. М.: Металлургия, 1968.Косолапова Т.Я. Карбиды. М.: Металлургия, 1968.Eliseev Yu.S., Saushkin B.P. Elektroerozionnaya obrabotka izdelii aviatsionno-kosmicheskoi tekhniki [Electrical discharge machining manufacturing aerospace equipment]. Moscow: MGTU n.a. N.E. Bauman, 2010.Eliseev Yu.S., Saushkin B.P. Elektroerozionnaya obrabotka izdelii aviatsionno-kosmicheskoi tekhniki [Electrical discharge machining manufacturing aerospace equipment]. Moscow: MGTU n.a. N.E. Bauman, 2010.Serebrenitskii P.P. Sovremennye elektroerozionnye tekhnologii i oborudovanie [Modern electro-technology and equipment]. Saint-Petersburg: Balt. State Tekhn. Univ., 2007.Serebrenitskii P.P. Sovremennye elektroerozionnye tekhnologii i oborudovanie [Modern electro-technology and equipment]. Saint-Petersburg: Balt. State Tekhn. Univ., 2007.Czelusniak T., Amorim F.L., Higa C.F., Lohrengel A. Development and application of new composite materials as EDM electrodes manufactured via selective laser sintering. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2014. Vol. 72. P. 1503—1512.Czelusniak T., Amorim F.L., Higa C.F., Lohrengel A. Development and application of new composite materials as EDM electrodes manufactured via selective laser sintering. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2014. Vol. 72. P. 1503—1512.Lepakova O.K., Golobokov N.N., Kitler V.D., Shul’pekov A.M., Maksimov Yu.M. Elektroprovodyashchii kompozitsionnyi material, shikhta dlya ego polucheniya i elektroprovodyashchaya kompozitsiya [The electrically conductive composite material, charge for its production and the electrically conductive composition]: Pat. 2341839 (RF). 2008.Lepakova O.K., Golobokov N.N., Kitler V.D., Shul’pekov A.M., Maksimov Yu.M. Elektroprovodyashchii kompozitsionnyi material, shikhta dlya ego polucheniya i elektroprovodyashchaya kompozitsiya [The electrically conductive composite material, charge for its production and the electrically conductive composition]: Pat. 2341839 (RF). 2008.Barsoum W. The Mn + iAXn: A new class of solids; Thermodynamically stable nanolaminates. Prog. Solid State Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.Barsoum W. The Mn + iAXn: A new class of solids; Thermodynamically stable nanolaminates. Prog. Solid State Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.Kisi E.H., Crossley A.A. Structure and crystal chemistry of Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>. J. Phys. Chem. Solids. 1998. Vol. 59. No. 9. P. 1437—1443.Kisi E.H., Crossley A.A. Structure and crystal chemistry of Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>. J. Phys. Chem. Solids. 1998. Vol. 59. No. 9. P. 1437—1443.Tungwai L. Ngai, Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sintering temperature on the preparation of Cu— Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite. Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Tungwai L. Ngai, Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sintering temperature on the preparation of Cu— Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite. Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Nickl J.J., Schweitzer К.К., Luxenberg P. Gasphasenabscheidung im systeme Ti—C—Si. J. Les. Common. Metals. 1972. Vol. 26. P. 382—389.Nickl J.J., Schweitzer К.К., Luxenberg P. Gasphasenabscheidung im systeme Ti—C—Si. J. Les. Common. Metals. 1972. Vol. 26. P. 382—389.International Center for Diffraction Data. PDF-2. The Powder diffraction files. 2001. Lic. No. 81200030.International Center for Diffraction Data. PDF-2. The Powder diffraction files. 2001. Lic. No. 81200030.Ida Kero. Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>. Synthesis by powder metallurgical methods. In: Licentiate Thesis. Luleå, Sweden: Luleå Univ. of Technology. 2007. No. 34. P. 74.Ida Kero. Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>. Synthesis by powder metallurgical methods. In: Licentiate Thesis. Luleå, Sweden: Luleå Univ. of Technology. 2007. No. 34. P. 74.Yanchun Zhou, Wanli Gu. Chemical reaction and stability of Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> in Cu during high-temperature processing of Cu/ Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> composites. Z. Metallkd. 2004. Vol. 95. No. 1. P. 50—56.Yanchun Zhou, Wanli Gu. Chemical reaction and stability of Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> in Cu during high-temperature processing of Cu/ Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> composites. Z. Metallkd. 2004. Vol. 95. No. 1. P. 50—56.Tungwai L. Ngai , Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sin-tering temperature on the preparation of Cu— Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite. Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Tungwai L. Ngai , Wei Zheng, Yuanyuan Li. Effect of sin-tering temperature on the preparation of Cu— Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> metal matrix composite. Prog. Natur. Sci.: Mater. Int. 2013. Vol. 23(1). P. 70—76.Shukhardin S.V. Dvoinye i mnogokomponentnye siste-my medi [Binary and multicomponent systems copper]. Moscow: Nauka, 1979.Shukhardin S.V. Dvoinye i mnogokomponentnye siste-my medi [Binary and multicomponent systems copper]. Moscow: Nauka, 1979.Nadutkin A.V. Izuchenie protsessov sinteza Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> i for-mirovaniya konstruktsionnoi keramiki na ego osnove [The study of the processes of synthesis and the formation Ti3SiC2 structural ceramics based on it]: Dissertation of PhD. Syktyvkar: Institute of chem., Komi Sci. Center, Ural branch of RAS, 2007.Nadutkin A.V. Izuchenie protsessov sinteza Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> i for-mirovaniya konstruktsionnoi keramiki na ego osnove [The study of the processes of synthesis and the formation Ti3SiC2 structural ceramics based on it]: Dissertation of PhD. Syktyvkar: Institute of chem., Komi Sci. Center, Ural branch of RAS, 2007.Kosolapova T.Ya. Karbidy [Carbides]. Moscow: Metallurgiya, 1968.Kosolapova T.Ya. Karbidy [Carbides]. Moscow: Metallurgiya, 1968.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.