Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Соединение керамических материалов с танталовой подложкой в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-3-41-45

Полный текст:

Аннотация

Проведены эксперименты по оценке возможности соединения керамических материалов с танталовой подложкой в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Образец формировался из танталовых фольг и таблеток Ti + 0,65C и 5Ti + 3Si, между которыми была проложена поджигающая ленточка состава Ti + 2B. Образец устанавливался на подставку из нитрида бора. Для уменьшения теплоотвода на него сверху помещалась пластина из шамотного кирпича (SiO2 + Al2O3), на который устанавливался груз массой 3360 Эксперименты проводились в реакционной камере в среде аргона под давлением 1 атм. Образцы предварительно подогревались снизу, затем реакция инициировалась с их торцевой части. Температуры образцов измерялись W–Re-термопарами. Градиент температуры по толщине образца в зависимости от скорости нагрева составлял 50–150 град/мм. Получены образцы с прочным соединением танталовой фольги с Ti + 0,65C и хорошим соединением двух таблеток. Верхняя фольга не приварилась к таблетке 5Ti + 3Si, что объясняется достаточно низкой температурой (1600 °C) в месте соединения. При изучении соединения танталовой фольги с карбидом титана обнаружено формирование промежуточных слоев Ti–Ta и (Ta,Ti)C. В результате проведенных исследований показана возможность соединения танталовой фольги с керамическими материалами в ходе СВС. Основными условиями такого соединения является наличие жидкой фазы и соответствие температуры горения состава Ti + 0,65C температуре плавления танталовой подложки. Полученные результаты могут быть полезны при получении многослойных функциональных покрытий и функционально-градиентных материалов.

Об авторах

О. К. Камынина
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Мержанова РАН
Россия

Кандидат физико-математических наук, ученый секретарь ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



С. Г. Вадченко
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Мержанова РАН
Россия

Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



А. С. Щукин
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Мержанова РАН
Россия

Научный сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8



Список литературы

1. Kock W., Paschen P. Tantalum — processing, properties and applications. J. Miner. Metal. Mater. Soc. 1989. Vol. 41. No. 10. P. 33—39. DOI: dx.doi.org/10.1007/BF03220360.

2. Buckman R.W. New applications for tantalum and tantalum alloys. J. Miner. Metal. Mater. Soc. 2000. Vol. 52. No. 3. P. 40—41. DOI: dx.doi.org/10.1007/s11837-000-0100-6.

3. Martinsen K., Hu S.J., Carlson B.E. Joining of dissimilar materials. CIRP Annals. 2015. Vol. 64. No. 2. P. 679—699. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.cirp.2015.05.006.

4. Kah P., Suoranta R., Martikainen J., Magnus C. Techniques for joining dissimilar materials: metals and polymers. Rev. Adv. Mater. Sci. 2014. Vol. 36. P. 152—164.

5. Lin Ya-C, McGinn P.J., Mukasyan A.S. High temperature rapid reactive joining of dissimilar materials: Silicon carbide to an aluminium alloy. J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32. No. 14. P. 3809— 3818. DOI: dx.doi.org/10.106/j.jeurceramsoc.2012.05.002.

6. Chen S., Meng Q., Zhang N., Cue P., Munir Z.A. In situ synthesis and bonding of Ti—TiAl—TiC/Ni functionally graded materials by field-activated pressure-assisted synthesis process. Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 538. No. 1. P. 103—109. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.msea.2012.01.020.

7. Tian W.-B., Kita H., Hyuga H., Kondo N. Joining of SiC by Al infiltrated TiC tape: Effect of joining parameters on the microstructure and mechanical properties. J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32. No. 2. P. 149—156. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.08.001.

8. Abbasi-Khazaei B., Jahanbakhsh A., Bakhtiari R. TLP bonding of dissimilar FSX-414/IN-738 system with MBF-80 interlayer: The effect of homogenizing treatment on microstructure and mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2016. Vol. 651. No. 1. P. 93—101. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.087.

9. Shirzadi A.A., Zhub Y., Bhadeshia H.K.D.H. Joining ceramics to metals using metallic foam. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 496. No. 3. P. 501—506. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.msea.2008.06.007.

10. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. Int. Mater. Rev. 2017. Vol. 62. No. 4. P. 203—239 DOI: dx.doi.org/10.1080/09506608.2016.1243291.

11. Cao H.Q., Wang J., Qi J.L., Lin X.C., Feng J.C. Combustion synthesis of TiAl intermetallics and their simultaneous joining to carbon/carbon composites. Scripta Mater. 2011. Vol. 65. No. 3. P. 261—264. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.04.021.

12. Mukasyan A.S., White J.D.E. Combustion joining of refractory materials. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2007. Vol. 16. No. 3. P. 154—168. DOI: dx.doi.org/10.3103/S1061386207030089.

13. White J.D.E., Simpson A.H., Shteinberg A.S., Mukasyan A.S. Combustion joining of refractory materials: Carbon—carbon composites. J. Mater. Res. 2008. Vol. 23. No. 1. P. 160—169. DOI: dx.doi.org/10.1557/JMR.2008.0008.

14. Kamynina O.K., Vadchenko S.G., Shchukin A.S., Kovalev I.D., Sytschev A.E. SHS joining in the Ti—C—Si system. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2016. Vol. 25. No. 1. P. 62— 65. DOI: dx.doi.org/10.3103/S1061386216010064.

15. Kamynina O.K., Vadchenko S.G., Shchukin A.S., Kovalev I.D. Multilayer Coatings on Ti substrate by SHS method. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2016. Vol. 25. No. 4. P. 238— 242. DOI: dx.doi.org/10.3103/S106138621604004X.

16. Yingbiao P., Peng Zhou, Yong Du, KeKe Chang. Thermodynamic evaluation of the C—Ta—Ti system and extrapolation to the C— Ta—Ti—N system. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 40. P. 36—42. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2013.03.012.

17. Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rogachev A.S., Kochetov N.A., Patsera E.I., Sachkova N.V. Characteristic properties of combustion and structure formation in the Ti—Ta—C system. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2008. Vol. 49. No. 5. P. 404—413. DOI: dx.doi.org/10.3103/S1067821208050179.

18. Effenberg G., Ilyenko S. Ternary alloy systems: phase diagrams, crystallographic and thermodynamic data refractory metal systems. Landolt-Börnstein — Group IV Physical Chemistry. 2010. Vol. 11E2. P. 619—646. DOI: dx.doi.org/10.1007/978-3-642-02700-0.

19. SGTE. Phase equilibria, crystallographic and thermodynamic data of binary alloys. New Series IV/19B. Landolt-Börnstein — Group IV Physical Chemistry. SpringerVerlag, 2002.

20. Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Zaitsev A.A., Rupasov S.I., Patsera E.I., Chernyshev A.A., Zubavichus Ya.V., Veligzhanin. Structure and properties of precipitation-hardening ceramic Ti—Zr—C and Ti—Ta—C materials. Phys. Met. Metallograph. 2010. Vol. 109. No. 1. P. 95—105. DOI: dx.doi.org/10.1134/S0031918X10010102.

21. Zhao N., Xu Y., Wang J., Zhong L., Ovcharenko V.E., Cai X. Microstructure and kinetics study on tantalum carbide coating produced on gray cast iron in situ. Surf. Coat. Technol. 2016. Vol. 286. P. 347—353. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.057.

22. Zhao N., Xu Y., Zhong L., Yan Y., Song K., Shen L., Ovcharenko V.E. Fabrication, microstructure and abrasive wear characteristics of an in situ tantalum carbide ceramic gradient composite. Ceram. Inter. 2015. Vol. 41. No. 10. Pt. A. P. 12950— 12957. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.06.138.

23. Massot L., Chamelot P., Winterton P., Taxil P. Preparation of tantalum carbide layers on carbon using the metalliding process. J. Alloys and Compnd. 2009. Vol. 471. No. 1-2. P. 561—566. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.04.014.

24. Cai X., Xu Y., Liu M., Zhong L., Bai F. Preparation of a gradient nanostructured surface TaC layer-reinforced Fe substrate by in situ reaction. J. Alloys and Compnd. 2017. Vol. 712. P. 204—212. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.081.


Для цитирования:


Камынина О.К., Вадченко С.Г., Щукин А.С. Соединение керамических материалов с танталовой подложкой в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2018;(3):41-45. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-3-41-45

For citation:


Kamynina O.K., Vadchenko S.G., Shchukin A.S. SHS-aided joining of ceramics with Ta substrate. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2018;(3):41-45. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-3-41-45

Просмотров: 98


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)