Влияние схемы и условий механического активирования на карбидообразование в СВС-системе Ta–Zr–C
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-2-30-40
Аннотация
Исследовано влияние схемы и среды механического активирования (МА) реакционной смеси состава Ta–Zr–C на фазовый состав и микроструктуру шихты и продуктов синтеза. Установлено, что при обработке в планетарной центробежной мельнице по разным схемам МА, отличающимся последовательностью введения компонентов, микроструктура шихты различается даже при одной и той же длительности обработки. Фазовый состав смесей одинаков, так как образования продуктов химических реакций в барабанах мельницы не обнаружено. Увеличение времени в каждой из опробованных схем МА приводит к росту микродеформации кристаллической решетки тантала и уменьшению его области когерентного рассеяния, что свидетельствует о повышении количества запасенной энергии. Исследование влияния среды активирования (воздух, аргон, вакуум) показало, что при МА на воздухе СВС-продукт представляет собой практически однофазный двойной карбид (Ta,Zr)C с содержанием ZrO2 менее 3 мас.%. При синтезе из реакционных смесей, активированных в бескислородной атмосфере, обнаружены 3 карбидные фазы ТаС, ZrC и (Ta,Zr)C без следов ZrO2. Определены оптимальные режимы МА СВС, обеспечивающие получение 100 % однофазного твердого раствора (Ta,Zr)C с параметром решетки а = = 0,4488 нм, что соответствует 15 ат.% ZrC в двойном карбиде.
Ключевые слова
двойной карбид,
сверхтугоплавкая керамика,
самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС),
механическое активирование (МА)
При поддержке: Минобрнауки России
Об авторах
В. В. Курбаткина
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН,
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Е. И. Пацерa
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
канд. техн. наук, науч. сотрудник НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН
Россия
канд. техн. наук, науч. сотрудник НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН
Е. А. Левашов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
докт. техн. наук, проф., акад. РАЕН, директор НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН, зав. кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) МИСиС
Россия
докт. техн. наук, проф., акад. РАЕН, директор НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН, зав. кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) МИСиС
С. А. Воротыло
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
магистрант кафедры ПМиФП МИСиС
Россия
магистрант кафедры ПМиФП МИСиС
А. Н. Тимофеев
ОАО «Композит»
Россия
Россия
докт. техн. наук, 1-й зам. генерального директора,
141070, Московская обл., г. Королев, ул. Пионерская, 4
Список литературы
1. Simonenko E.P., Ignatov N.A., Simonenko N.P., Ezhov Yu.S., Sevastyanov V.G., Kuznetsov N.T. Synthesis of highly dispersed super-refractory tantalum-zirconium carbide Ta4ZrC5 and tantalum-hafnium carbide Ta4HfC5 via sol-gel technology // Russ. J. Inorg. Chem. 2011. Vol. 56. No. 11. P. 1681—1687.
2. Ghaffari S.A., Faghihi-Sani M.A., Golestani-Fard F., Nojabayy M. Diffusion and solid solution formation between the binary carbides of TaC, HfC and ZrC // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 180—184.
3. Pierson H.O. Handbook of Refractory Carbides and Nitrides: Properties, Characteristics, Processing and Applications. Westwood: Noyes Publications, 1996. P. 8—16.
4. Sciti D., Silvestroni L., Guicciardi S., Fabbriche D.D., Bellosi A. Processing, mechanical properties and oxidation behavior of TaC and HfC composites containing 15 vol% TaSi2 or MoSi2 // J. Mater. Res. 2009. Vol. 24. No. 6. P. 2056—2065.
5. Silvestroni L., Sciti D., Kling J., Lauterbach S., Kleebe H-J. Sintering mechanisms of zirconium and hafnium carbides doped with MoSi2 // J. Am. Ceram. Soc. 2009. Vol. 92. No. 7. P. 1574—1579.
6. Landwehr S.E., Hilmas G.E., Fahrenholtz W.G., Talmy I.G. Processing of ZrC—Mo cermets for high temperature applications. Part II: Pressureless Sintering and Mechanical Properties // J. Am. Ceram. Soc. 2008. Vol. 91. No. 3. P. 873—878.
7. Wang X-G., Liu J-X., Kan Y-M., Zhanga G-J. Effect of solid solution formation on densification of hot-pressed ZrC ceramics with MC (M = V, Nb, and Ta) additions // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32. No. 8. P. 1795—1802.
8. Vallance S.R. Microwave Synthesis and mechanistic examination of the transition metal carbides: thesis for PhD degree. University of Nottingham, 2008.
9. He H., Zhou K., Xiong X., Huang B. Investigation on decomposition mechanism of tantalum ethylate precursor during formation of TaC on C/C composite material // Mater. Lett. 2006. Vol. 60. No. 28. P. 3409—3412.
10. Wei S., Xiong X., Huang B., Li G., Zhang H., Chen Z., Zheng X-L. ZrC ablation protective coating for carbon / carbon composites // Carbon N. Y. 2009. Vol. 47. No. 14. P. 3368—3371.
11. Shen X-T., Li K-Z., Li H-J., Fu Q-G., Li S-P., Deng F. The effect of zirconium carbide on ablation of carbon/ carbon composites under an oxyacetylene flame // Corros. Sci. 2011. Vol. 53. No. 1. P. 105—112.
12. Garg S. P., Krishnamurthy N. The O—Ta (oxygen-tantalum) system // Phase Equilibria. 1996. Vol. 17. No. 1. P. 63—77.
13. Wang S-L., Li K., Li H-J., Zhang Y-L. Microstructure and ablation resistance of ZrC nanostructured coating for carbon/carbon composites // Mater. Lett. 2013. Vol. 107. P. 99—102.
14. Zhao L., Jia D., Duan X., Yang Z., Zhou Y. Oxidation of ZrC—30vol.%SiC composite in air from low to ultrahigh temperature // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32. No. 4. P. 947—954.
15. Lipke D.W., Ushakov S.V., Navrotsky A., Hoffman W.P. Ultra-high temperature oxidation of a hafnium carbide-based solid solution ceramic composite // Corros. Sci. 2014. Vol. 80. P. 402—407.
16. Bargeron C.B., Benson R.C., Newman R.W., Jette A.N., Phillips T.E. Oxidation mechanisms of hafnium carbide and hafnium diboride in the temperature range 1400 to 2100 °C // Johns Hopkins APL Technical Digest. 1993. Vol. 14. No. 1. P. 29—36.
17. Chen Y.I., Chen S.M. Oxidation study of Ta—Zr coatings // Thin Solid Films. 2013. Vol. 529. P. 287—291.
18. Patsera E.I., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Kovalev D.Yu. Production of ultra-high temperature carbide (Ta,Zr)C by self-propagating high-temperature synthesis of mechanically activated mixtures // Ceram. Int. 2015. Vol. 41. No. 7. P. 8885—8893.
19. Aruna S.T., Mukasyan A.S. Combustion synthesis and nanomaterials // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2008. Vol. 12. No. 3-4. P. 44—50.
20. Евстигнеев В.В., Вольпе Б.М., Милюкова И.В., Сайгутин Г.В. Интегральные технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: Высш. шк., 1996.
21. Ляхов Н., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф., Ломовский О.И. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. Новосибирск: Параллель, 2008.
22. Мержанов А.Г. Концепция развития самораспространяющегося высокотемпературного синтеза как области научно-технического процесса. Черноголовка: Территория, 2003.
23. Ермилов А.Г., Богатырева Е.В. Предварительная механоактивация. М.: МИСиС, 2012.
24. Riley D.P., Kisi E.H., Phelan D. Riley D.P., Kisi E.H., Phelan D. SHS of Ti3SiC2: ignition temperature depression by mechanical activation // J. Eur. Ceram. Soc. 2006. Vol. 26. No. 6. P. 1051—1058.
25. Tsuchida T., Yamamoto S. Mechanical activation assisted self-propagating high-temperature synthesis of ZrC and ZrB2 in air from Zr/B/C powder mixtures // J. Eur. Ceram. Soc. 2004. Vol. 24. No. 1. P. 45—51.
26. Самсонов Г.В. Высокотемпературные карбиды. Киев: Наук. думка, 1975.
27. Chen Y-I., Chen S-M. Oxidation study of Ta—Zr coatings// Thin Solid Films. 2013. Vol. 529. P. 287—291.
28. Jastin J.F., Jankowiak A. Ultra-high temperature ceramics: densification, properties and thermal stability// Aerospace Lab. 2011. No. 3. P. 1—11.
29. Rogachev A.S, Mukasyan A.S. Combustion for Material Synthesis. Boca Raton: CRC Press, 2014.
30. Щербаков В.А., Питюлин А.Н. Особенности горения системы Ti—С—В // Физика горения и взрыва. 1983. Vol. 19. No. 5. P. 108—111.
31. Emeleus H.J., Sharpe A.G. Advances In Inorganic Chemistry And Radiochemistry. New York: Academic Press, 1966.
32. Ежов Ю.С., Игнатов Н.А., Кузнецов Н.Т., Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П. Низкотемпературный синтез нанодисперсных карбидов тантала, циркония и гафния // Журн. неорган. химии. 2011. Vol. 56. No. 5. P. 1—4.
Рецензия
Для цитирования:
Курбаткина В.В., Пацерa Е.И., Левашов Е.А., Воротыло С.А., Тимофеев А.Н. Влияние схемы и условий механического активирования на карбидообразование в СВС-системе Ta–Zr–C. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016;(2):30-40. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-2-30-40
For citation:
Kurbatkina V.V., Patsera E.I., Levashov E.A., Vorotylo S.A., Timofeev A.N. Impact of mechanical activation pattern and conditions on carbide formation in Ta–Zr–C SHS system. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2016;(2):30-40. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-2-30-40
Просмотров:
974
Послать статью по эл. почте 