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.