Синтез МАХ-фазы Nb2AlC методом СВС-металлургии
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-2-42-48
Аннотация
Результаты термодинамических расчетов коррелируют с экспериментальными данными. Установлено существенное влияние содержания добавки CaO2–Al на термодинамические параметры и фазовый состав конечного продукта. Показано, что синтез из указанных смесей протекает в стационарном режиме с формированием устойчивой волны горения. При увеличении содержания добавки скорость горения увеличивается от 6 до 12 мм/с, выход целевого продукта в слиток возрастает от 30 до 47 % (до 15 мас.% добавки), а затем падает. Варьируя состав исходных смесей, можно существенным образом влиять как на параметры синтеза, так и на фазовый состав целевых продуктов. Установлены оптимальные условия синтеза материала, обеспечивающие максимальный выход MAX-фазы Nb2AlC в составе слитка. Определяющим фактором, влияющим на содержание Nb2AlС в конечном продукте, является время существования жидкой фазы в условиях синтеза. Показано, что максимальное количество (67 мас.%) фазы Nb2AlC достигается при содержании 15 мас.% энергетической добавки в исходной шихте.
Об авторах
И. Д. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
П. А. Милосердов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории жидкофазных СВС-процессов и литых материалов
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
В. А. Горшков
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории жидкофазных СВС-процессов и литых материалов
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Д. Ю. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
Россия
Россия
Кандидат технических наук, заведующий лабораторией рентгеноструктурных исследований
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Список литературы
1. Barsoum M.W. MAX phases. Properties of machinable ternary carbides and nitrides. Weinheim: Wiley VCH, 2013.
2. Barsoum M.W., El-Raghy T. The MAX phases: Unique new carbide and nitride materials. Amer. Sci. 2001. Vol. 89. P. 336—345.
3. Barsoum M.W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MAX phases. Annu. Rev. Mater. Res. 2011. Vol. 41. P.195—227.
4. Radovic M., Barsoum M.W. MAX phases: Bridging the gap between metals and ceramics. Amer. Ceram. Soc. Bull. 2014. Vol. 92. No. 3. P. 20—27.
5. Poon B., Ponson L., Zhao J., Ravichandran G. Damage accumulation and hysteretic behavior of MAX phase materials. J. Mech. Phys. Solid. 2011. Vol. 59. P. 2238—2257.
6. Rahman M.A., Rahaman M.Z. Study on structural, electronic, optical and mechanical properties of MAX phase compounds and applications: Review article. Amer. J. Modern Phys. 2015. Vol. 4. No. 2. P. 75—91.
7. Schuster J.C., Nowotny H. Investigations of the ternary systems (Zr, Hf, Nb, Ta)—Al—C and studies on complex carbides. Z. Metallkd. 1980. Bd. 71. S. 341—346.
8. Salama I., El-Raghy T., Barsoum M.W. Synthesis and mechanical properties of Nb2AlC and (Ti,Nb)2AlC. J. Alloys and Compd. 2002. Vol. 347. No. 1. P. 271—278.
9. Zhang W., Travitzky N., Hu C.F., Zhou Y.C., Greil P. Reactive hot pressing and properties of Nb2AlC. J. Amer. Ceram. Soc. 2009. Vol. 92. P. 2396—2399.
10. Scabarozi T.H., Roche J., Rosenfeld A., Lim S.H., SalamancaRiba L., Yong G., Takeuchi I., Barsoum M.W., Hettinger J.D., Lofland S.E. Synthesis and characterization of Nb2AlC thin films. Thin Solid Films. 2009. Vol. 517. P. 2920—2923.
11. Merzhanov A.G. SHS on the pathway to industrialization. Chernogolovka: ISMAN, 2001.
12. Merzhanov A.G. The chemistry of self-propagating hightemperature synthesis. J. Mater. Chem. 2004. Vol. 12. P. 1779—1786.
13. 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.
14. Łopacinski M., Puszynski J., Lis J. Synthesis of ternary titanium aluminum carbides using self-propagating high-temperature synthesis technique. J. Amer. Ceram. Soc. 2001. Vol. 84. No. 12. P. 3051—3053.
15. Zhu C., Zhu J., Wu H., Lin H. Synthesis of Ti3AlC2 by SHS and thermodynamic calculation based on first principles. Rare Metals. 2015. Vol. 34. No. 2. P. 107—110.
16. Konovalikhin S.V., Kovalev D.Yu., Sytschev A.E., Vadchenko S.G., Shchukin A.S. Formation of nanolaminate structures in the Ti—Si—C system: A crystallochemical study. Int. J. of SHS. 2014. Vol. 23. No. 4. P. 217—221.
17. Yeh C.L., Kuo C.W. An investigation on formation of Nb2AlC by combustion synthesis of Nb2O5—Al—Al4C3 powder compacts. J. Alloys and Compd. 2010. Vol. 496. P. 566—571.
18. Радишевский В.Л., Лепакова О.К., Афанасьев Н.И. Синтез, структура и свойства МАХ-фаз Ti3SiC2 и Nb2AlC. Вестник Томского гос. ун-та. Химия. 2015. No. 1. С. 33—38.
19. Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Luginina M.A., Sachkova N.V., Belikova A.F. High-temperature synthesis of a cast material with a maximum content of the MAX phase Cr2AlC. Inorg. Mater. 2017. Vol. 53. No. 3. P. 271— 277.
20. Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Kovalev I.D. Cast ceramics by metallothermic SHS under elevated argon pressure. Int. J. of SHS. 2017. Vol. 26. No. 1. P. 60—64.
21. Shiryaev A. Thermodynamics of SHS processes: An advanced approach. Int. J. of SHS. 1995. Vol. 4. No. 4. P. 351— 362.
22. Jeitschko W., Nowotny H., Benesovsky F. Kohlenstoff-haltige ternare Phasen (Nb3Al2C und Ta3Al2C). Monatsh. Chem. 1963. Vol. 94. P. 332—333.
23. Jeitschko W., Nowotny H., Benesovsky F. Phasen mit Aufgefiillter β-Manganstruktur. Monatsh. Chem. 1963. Bd. 94. S. 672—676.
24. Gusev A.I. Phase equilibria in M—X—X’ and M—Al—X ternary systems (M = transition metal; X, X’ — B, C, N, Si) and the crystal chemistry of ternary compounds. Russ. Chem. Rev. 1996. Vol. 65. No. 5. P. 379—419.
25. Hu C., Li F., He L., Liu M., Zhang J., Wang J., Bao Y., Wang J., Zhou Y. In situ reaction synthesis, electrical and thermal, and mechanical properties of Nb4AlC3. J. Amer. Ceram. Soc. 2008. Vol. 91. No. 7. P. 2258—2263.
Рецензия
Для цитирования:
Ковалев И.Д., Милосердов П.А., Горшков В.А., Ковалев Д.Ю. Синтез МАХ-фазы Nb2AlC методом СВС-металлургии. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019;(2):42-48. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-2-42-48
For citation:
Kovalev I.D., Miloserdov P.A., Gorshkov V.A., Kovalev D.Yu. Nb2AlC MAX phase synthesis by SHS metallurgy. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2019;(2):42-48. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-2-42-48
Просмотров:
1429
Послать статью по эл. почте 