ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО ТАНТАЛ-ГАФНИЕВОГО КАРБИДА (Ta,Hf)C МЕТОДОМ СВС

Изучено влияние условий механического активирования (МА) на микроструктуру и фазовый состав реакционных смесей Ta–Hf–C и полученных из них методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) продуктов. Механическое активирование реакционных смесей Ta–Hf–C проводилось в центробежных планетарных мельницах с различной скоростью вращения барабанов. Выявлено, что повышение скорости вращения барабанов с 250 до 900 об/мин снижает масштаб гетерогенности реакционной шихты, уменьшает размер областей когерентного рассеяния тaнтала и гафния на порядок и приводит к росту степени микродеформации их кристаллических решеток в 1,5–2,0 раза. Экспериментально установлено, что при начальной температуре Т₀ < 550 К инициировать СВС-реакцию в активированной смеси Ta–Hf–C не представляется возможным. Только при Т₀ = 800 К, когда адиабатическая температура горения достигла значения 3274 К, в смесях, обработанных при скорости вращения более 678 об/мин, удалось реализовать процесс горения. Из реакционных смесей, активированных по оптимальным режимам, был получен однофазный карбид (Ta,Hf)C с параметром решетки а = 0,4487 нм, что соответствует 18,0 ат.% растворенного HfC в ТаС. Содержание оксида гафния в продуктах не превышает 1 %. Структура образцов характеризуется высокой пористостью (более 30 %) и малым размером карбидного зерна (менее 10 мкм), что позволило получить порошок (Ta,Hf)C путем измельчения СВС-продукта в шаровой вращающейся мельнице. 

1. Gaballa O., Cook B., Russell A.M. Reduced-temperature processing and consolidation of ultra-refractory Ta4HfC5 // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 293—299.

2. 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.

3. Ghaffari S.A., Faghihi-Sani M.A., Golestani-Fard F., Man-dal H. Spark plasma sintering of TaC—HfC UHTC via disilicides sintering aids // J. Eur. Ceram. Soc. 2013. Vol. 33. No. 8. P. 1479—1484.

4. Pierson H.O. Handbook of refractory carbides and nitrides properties, characteristics. Processing and applications. Handbook, Noyes publ. Westwood, New Jersey, USA, 1996.

5. 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.

6. Silvestroni L., Sciti D., Kling J., Lauterbach S., Kleebe H.-J. Sintering mechanisms of zirconium and hafnium carbides doped with MoSi2 // J. Amer. Ceram. Soc. 2009. Vol. 92. No. 7. P. 1574–1579.

7. Osama Gaballa. Processing development of 4TaC—HfC and related carbides and borides for extreme environments: Graduate Theses and Diss. 12635. 2012.

8. Ghaffari S.A., Faghihisani M.A., Golestanifard 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.

9. Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Ежов Ю.С., Игнатов Н.А., Кузнецов Н.Т. Низкотемпературный синтез карбида тантала через транспарентный тантал-углеродсодержащий гель // Неорган. матер. 2010. Vol. 46. No. 5. P. 563—569.

10. Abdelkader A.M., Fray D.J. Electrochemical synthesis of hafnium carbide powder in molten chloride bath and its densification // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32. No. 16. P. 4481—4487.

11. Мержанов А.Г. Концепция развития самораспространяющегося высокотемпературного синтеза как области научно-технического процесса. Черноголовка: Территория, 2003.

12. Varma A., Lebrat J.-P. Combustion synthesis of advanced materials // Chem. Eng. Sci. 1992. Vol. 47. P. 2179—2194.

13. Lackner M. Combustion synthesis — novel routes to novel materials. Nanchang, 2010.

14. 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.

15. Liu G., Li J., Chen K. Combustion synthesis of refractory and hard materials: A review // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 39. P. 90—102.

16. Rogachev A.S, Mukasyan A.S. Combustion for material synthesis. CRC Press, 2014.

17. Merzhanov A.G. Solid flames: Discoveries, concepts, and horizons of cognition // Combust. Sci. Technol. 1994. Vol. 98. No. 4—6. P. 307—336.

18. Munir Z., Anselmi-Tamburini U. Self-propagating exothermic reactions: The synthesis of high-temperature materials by combustion // Mater. Sci. Rep. 1989. Vol. 3. No. 6. P. 279—365.

19. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соединений // Докл. АН СССР. 1972. T. 204. No. 2. С. 336—339.

20. 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.

21. Kurbatkina V.V., Patsera E.I., Vorotilo S.A., Levashov E.A., Timofeev A.N. Conditions for fabricating single-phase (Ta,Zr)C carbide by SHS from mechanically activated reaction mixtures // Ceram. Int. 2016. Vol. 42. No. 15. P. 16491—16498.

22. Щербаков. В.А., Питюлин. А.Н. Особенности горения системы Ti—С—В // Физика горения и взрыва. 1983. Vol. 19. No. 5. C. 108—111.

23. Горелик C.C., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: Учеб. пос. для вузов. М.: МИСиС, 1994.