ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА В СИСТЕМЕ Ti–Si–C ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ

Проведены термодинамические расчеты структурно-фазового равновесия в системе Ti–Si–C при температурах 1100– 1400 °C CALPHAD-методом. Представлены расчетные фазовые диаграммы данной системы. Установлено, что 100 % фазы Ti3SiC2 образуется при стехиометрическом соотношении компонентов. При отклонении содержания углерода или кремния в системе появляются карбид титана, дисилицид титана или карбид кремния. В исследованном температурном диапазоне температура практически не влияет на фазовый состав. Проведено сравнение расчетных данных с экспериментальным определением фазового состава образцов указанной системы после плазменно-искрового спекания механоактивированной порошковой композиции. На практике температура процесса и продолжительность высокотемпературной выдержки значительно влияют на фазовый состав конечного продукта, что связано с ограниченной скоростью твердофазных реакций при синтезе соединений. Полученные образцы имеют размер зерна 1–5 мкм и твердость 4–15 ГПа в зависимости от фазового состава.

1. Barsoum M.W. The MN+1AXN: A new class of solids: Thermodynamically stable nanolaminates. Prog. Solid State Chem. 2000. Vol. 28. P. 201—281.

2. Sarkar D., Kumar B.V. Manoj, BasuSarkar B. Understanding the fretting wear of Ti3SiC2. J. Eur. Ceram. Soc. 2006. Vol. 26. No. 13. P. 2441—2452.

3. Barsoum M.W., Barsoum T. El-Raghy, synthesis and characterization of a remarkable ceramic: Ti3SiC2. J. Am. Ceram. Soc. 1996. Vol. 79. No. 7. P. 1953—1956.

4. Barsoum M.W., El-Raghy T., Rawn C.J. Thermal properties of Ti3SiC2. J. Phys. Chem. Solids. 1999. Vol. 60. No. 4. P. 429—439.

5. Barsoum M.W., Brodkin D., El-Raghy T. Formation and thermal stability of amorphous Ti—Si—C alloys. Scr. Mater. 1997. Vol. 3. No. 5. P. 535—541.

6. Popov V.V., Gorbachev I.I. Analiz rastvorimosti karbidov, nitridov i karbonitridov v stalyakh metodami komp’yuternoi termodinamiki. I. Opisanie termodinamicheskikh svoistv. Metod rascheta [The analysis of solubility of carbides, nitrides and carbonitrides in steel by methods of computer thermodynamics. I. Description of thermodynamic properties. Computational method]. Fizika metallov i metallovedenie. 2004. Vol. 98. No. 4. P. 11—21.

7. Saunders N., Miodownik A.D. Calphad: Calculation of phase diagrams, a comprehensive guide (Pergamon Materials Series). Vol. 1. Ed. R.W. Cahn. Oxford: Pergamon, 1998.

8. Sandman B., Agren J. A regular solution model for phase with several components and sublattices, suitable for computer applications. J. Phys. Chem. Solids. 1981. Vol. 42. No. 4. P. 297—301.

9. Hillert M., Staffonsson L.-I. The regular solution model for stoichiometric phases and ionic melts. Acta Chem. Scand. 1970. Vol. 24. No. 10. P. 3618—3626.

10. Harvig H. An extended version of the regular solution model for stoichiometric phases and ionic melts. Acta Chem. Scand. 1971. Vol. 25. No. 9. P. 3199—3204.

11. Dumitrescu L.F.S., Hillert M., Sundman B. A Reassessment of Ti—C—N based on a critical-review of available assessments of Ti—N and Ti—C. Z. Metallkd. 1999. Bd. 90. S. 534—541.

12. Gröbner J., Lukas H. L., Aldinger F. Thermodynamic calculation of the ternary system Al—Si—C. CALPHAD. 1996. Vol. 20. No. 2. P. 247—254.

13. Dinsdale A.T. SGTE data for pure elements. CALPHAD. 1991. Vol. 15. No. 4. P. 317—425.

14. Seifert H.J., Lukas H.L., Petzow G. Thermodynamic optimization of the Ti—Si system. Z. Metallkd. 1996. Bd. 87. No. 1. S. 2—13.

15. Du Y., Schuster J.C. Experimental and thermodynamic investigations in the Ti—Si—C system. Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1998. Bd. 102. No. 9. S. 1185—1188.

16. Du Y., Schuster J.C., Seifert H.J., Aldinger F. Experimental investigation and thermodynamic calculation of the titanium—silicon—carbon system. J. Am. Ceram. Soc. 2000. Vol. 83. No. 1. P. 197—203.