Юлия Александровна Авдеева – науч. сотрудник
Россия, 620990, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
Yuliya A. Avdeeva – Research Scientist
91 Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, Sverdlovsk Region 620990, Russia
Ирина Викторовна Лужкова – науч. сотрудник
Россия, 620990, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
Irina V. Luzhkova – Research Scientist
91 Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, Sverdlovsk Region 620990, Russia
Айдар Марксович Мурзакаев – к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник
Россия, 620216, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 106
Aidar M. Murzakaev – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher
106 Amundsen Str., Yekaterinburg, Sverdlovsk Region 620216, Russia
Алексей Николаевич Ермаков – к.х.н., ст. науч. сотрудник
Россия, 620990, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
Alexey N. Ermakov – Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher
91 Pervomaiskaya Str., Yekaterinburg, Sverdlovsk Region 620990, Russia
Проведены исследования, направленные на формирование ультрадисперсных и нанокристаллических структур «ядро–оболочка» на основе тугоплавких соединений титана с никелем в ходе плазмохимического синтеза механической смеси TiC и TiNi в низкотемпературной азотной плазме. Охлаждение происходило в интенсивно закрученном потоке газообразного азота в закалочной камере. Продукты переработки сепарировались в условиях циклона вихревого типа и тканевого фильтра рукавного типа. После переработки продукты подвергались капсулированию, направленному на понижение пирофорности для длительного хранения полученных высокодисперсных порошков в нормальных условиях. Переработанные порошковые продукты плазмохимического синтеза исследовались методами рентгенографии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и измерения плотности. Дополнительно, для уточнения среднего размера частиц, проводились измерения удельной поверхности по методике BET. Результаты аппаратурных исследований показали наличие ультра- и нанодисперсных частиц со структурой «ядро–оболочка» в порошковых продуктах. Эти частицы включали карбидно-нитридные соединения титана в качестве тугоплавкого ядра и металлический никель в виде металлической оболочки. Дополнительно зафиксировано присутствие сложного титан-никелевого нитрида Ti0,7Ni0,3N. Нанокристаллическая фракция по результатам прямых измерений характеризуется средним размером частиц 18,9 ± 0,2 нм. На основе полученных результатов исследований была сформирована химическая модель кристаллизации структур «ядро–оболочка» TiCxNy–Ni, реализуемая в условиях закалочной камеры со скоростью кристаллизации 105 °С/c. Для составления модели использовались справочные данные о температурах кипения и кристаллизации элементов и соединений, входящих в состав высокодисперсных композиций и зафиксированных рентгенографически, а также зависимости ΔG(t) для TiC и TiN.
In this paper, we studied the formation of ultrafine and nanocrystalline core–shell structures based on refractory compounds of titanium with nickel during plasma-chemical synthesis of a mechanical mixture of TiC and TiNi in a low-temperature nitrogen plasma. Cooling took place in an intensely swirling nitrogen flow in a quenching chamber. The derived products were separated in a vortex-type cyclone and a bag-type fabric filter. After processing, the products were subjected to encapsulation aimed at reducing the pyrophoricity for long-term storage of the resulting finely dispersed powders under normal conditions. X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy were used to study the resulting powder products of plasma-chemical synthesis, and density measurements were conducted. Additionally, to define the average particle size more accurately, the specific surface was measured using the BET method. The instrumental research revealed the presence of ultra- and nanodispersed particles with a core–shell structure in the powder products. These particles included titanium carbide-nitride compounds as a refractory core and metallic nickel as a metallic shell. In addition, the presence of complex titanium-nickel nitride Ti0.7Ni0.3N was recorded. According to direct measurements, the average particle size of the nanocrystalline fraction is 18.9 ± 0.2 nm. The obtained research results enabled us to develop a chemical model of crystallization of TiCxNy–Ni core–shell structures, which is implemented in a hardening chamber at a crystallization rate of 105 °С/s. To fabricate the model, we used the reference data on the boiling and crystallization temperatures of the elements and compounds being a part of highly dispersed compositions and recorded by X-ray diffraction, as well as the ΔG(t) dependences for TiC and TiN.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.