Юлия Владимировна Титова – к.т.н., доцент кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Yuliya V. Titova – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor at the Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials
244 Molodogvardeyskaya Str., Samara 443100, Russia
Алсу Фаридовна Якубова – аспирант кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Alsu F. Yakubova – Postgraduate Student, Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials
244 Molodogvardeyskaya Str., Samara 443100, Russia
Галина Сергеевна Белова – к.т.н., доцент кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Galina S. Belova – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor at the Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials
244 Molodogvardeyskaya Str., Samara 443100, Russia
Исследованы основные свойства композиции Si3N4–TiC, которые показывают перспективы использования нитридно-карбидных композиционных материалов в различных отраслях промышленности. Применен in-situ процесс получения композиционной керамики путем проведения химического синтеза нитридных и карбидных наночастиц в объеме композита, так как известно, что полученные заранее очень мелкие частицы различных фаз не могут быть равномерно распределены в объеме композита путем механического смешивания порошков (ex-situ процесс). Представлены результаты развития технологии получения композиции Si3N4–TiC методом азидного СВС при сжигании смесей порошков Ti, C, NaN3 с активирующей и карбидизирующей добавкой политетрафторэтилена (C2F4)n (ПТФЭ). Результаты термодинамических расчетов этих реакций показали, что адиабатические температуры достаточно высоки для реализации самоподдерживающегося режима горения. Представлены экспериментальные исследования микроструктуры и фазового состава продуктов горения. Синтезированные композиции состоят из высокодисперсных частиц равноосной формы, представляющих собой смесь наноразмерных (менее 100 нм) и субмикронных (от 100 до 500 нм) частиц карбида и нитрида титана, а также волокон нитрида кремния диаметром от 50–200 нм и длиной до 5 мкм. Применение ПТФЭ с частичной заменой углерода в составе смесей в азидном СВС позволило устранить в большинстве случаев недостатки традиционного подхода для различных соотношений целевых фаз Si3N4 и TiC и синтезировать высокодисперсные порошковые композиции Si3N4–TiC с фазовым составом, значительно более близким к рассчитанному теоретическому составу. Таким образом, рассмотренное применение метода азидного СВС позволило получить высокодисперсные композиции керамических порошков Si3N4–TiC и Si3N4–TiN–TiC.
The main properties of the highly dispersed Si3N4–TiC composition are presented, demonstrating the potential for using nitride-carbide composite materials across various industries. An in-situ process was employed to synthesize composite ceramics by chemically producing nitride and carbide nanoparticles directly within the composite volume. The study details the development of the technology for synthesizing the highly dispersed Si3N4–TiC composition using the azide SHS method during the combustion of mixtures of Ti, C, and sodium azide (NaN3) powders with polytetrafluoroethylene (PTFE, (C2F4)n ) serving as an activating and carbiding additive. Thermodynamic calculations of these reactions showed that the adiabatic temperatures were sufficiently high to sustain a self-propagating combustion mode. Experimental investigations into the microstructure and phase composition of the combustion products are also presented. The synthesized compositions consist of highly dispersed equiaxed particles, which include a mixture of nanosized (less than 100 nm) and submicron (100–500 nm) particles of titanium carbide and nitride, as well as silicon nitride fibers with diameters of 50–200 nm and lengths of up to 5 μm. The use of PTFE as a partial replacement for carbon in the mixture during azide SHS eliminated, in most cases, the limitations of traditional approaches for achieving various ratios of target phases of Si3N4 and TiC. This enabled the synthesis of highly dispersed Si3N4–TiC powder compositions with a phase composition closely aligned with theoretical calculations. Thus, the application of the azide SHS method proved effective for obtaining highly dispersed ceramic powder compositions, including Si3N4–TiC and Si3N4–TiN–TiC.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.