Температурная зависимость электросопротивления композиционного материала TiN/TiAl3/Ti2AlN
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-3-36-41
Аннотация
В режиме фильтрационного горения в азоте пористых образцов из консолидированного при термовакуумной обработке интерметаллидного порошка TiAl получен композиционный материал TiN/TiAl3/Ti2AlN. По данным рентгенофазового анализа продуктов горения было рассчитано массовое содержание каждой фазы, которое составило 42 % TiN, 35 % TiAl3, 20 % Ti2AlN и 3 % TiAl. Синтезированный композиционный материал, содержащий МАХ-фазу Ti2AlN, является хорошим электрическим проводником, демонстрирующим металлический характер проводимости. По стандартной 4-точечной методике при постоянном токе проведены измерения удельного электросопротивления синтезированного материала в диапазоне температур 300–1300 K в вакууме 2·10–3 Па. Выявлено, что с увеличением температуры удельное электросопротивление линейно возрастает от 0,35 до 1,25 мкОм·м. Повторные измерения этого показателя при последующих циклах нагрева– охлаждения продемонстрировали полное совпадение результатов, что свидетельствует о стабильности электрофизических свойств данного материала в исследованном диапазоне температур.
При поддержке: Для выполнения исследований было привлечено оборудование распределенного Центра коллективного пользования ИСМАН
Об авторах
А. А. Кондаков
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
Россия
Россия
мл. науч. сотрудник лаборатории макрокинетики процессов СВС в реакторах
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
А. В. Карпов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
Россия
науч. сотрудник лаборатории физического материаловедения
Россия
науч. сотрудник лаборатории физического материаловедения
В. В. Грачев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
Россия
канд. физ.-мат. наук, зам. директора по научной работе
Россия
канд. физ.-мат. наук, зам. директора по научной работе
А. Е. Сычев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН
Россия
канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник, зав. лабораторией физического материаловедения
Россия
канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник, зав. лабораторией физического материаловедения
Список литературы
1. Ивановский А.Л. Тройные карбиды и нитриды на основе переходных металлов и элементов IIIB и IVB подгрупп: Электронное строение и химическая связь. Успехи химии. 1996. Т. 65. No. 6. С. 499—518. Ivanovskii A.L. Ternary carbides and nitrides based on transition metals and subgroup IIIB, IVB elements: Electronic structure and chemical bonding. Russ. Chem. Rev. 1996. Vol. 65. No. 6. P. 461—478. DOI: 10.1070/ RC1996v065n06ABEH000299.
2. Barsoum M., Brodkin D., El-Raghy T. Layered machinable ceramics for high temperature applications. Scripta Mater. 1997. Vol. 36. No. 5. P. 535—541. DOI: 10.1016/ S1359-6462(96)00418-6.
3. Lin Z., Zhuo M., Li M., Wang J., Zhou Y. Synthesis and microstructure of layered-ternary Ti2AlN ceramic. Scripta Mater. 2007. Vol. 56. No. 12. P. 1115—1118. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2007.01.049.
4. Low I.M., Sakka Y., Hu C.F. MAX phases and ultra-high temperature ceramics for extreme environments. USA: IGI Global, 2013. DOI: 10.13140/RG.2.1.1176.5601.
5. Ковалев Д.Ю., Лугинина М.А., Сычев А.Е. Реакционный синтез МАХ-фазы Ti2AlN. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2016. No. 2. С. 41—46. DOI: 10.17073/1997-308X-2016-2-41-46. Kovalev D.Yu., Luginina M.A., Sytschev A.E. Reaction synthesis of the Ti2AlN MAX-phase. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2017. Vol. 58. No. 3. P. 303—307. DOI: 10.3103/ S1067821217030087.
6. Barsoum M., Ali M., El-Raghy T. Processing and characterization of Ti2AlC, Ti2AlN, and Ti2AlC0.5N0.5. Metal. Mater. Trans. A. 2000. Vol. 31. No. 7. P. 1857—1865. DOI: 10.1007/s11661-006-0243-3.
7. Liu Y., Shi Z., Wang J., Qiao G., Jin Z., Shen Z. Reactive consolidation of layered-ternary Ti2AlN ceramics by spark plasma sintering of a Ti/AlN powder mixture. J. Eur. Ceram. Soc. 2011. Vol. 31. No. 5. P. 863—868. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2010.11.018.
8. Yembadi Rajkumar, Bharat B. Panigrahi. Thermodynamic assessments and mechanically activated synthesis of ultrafine Cr2AlC MAX phase powders. Adv. Powder Technol. 2017. Vol. 28. No. 3. P. 732—739. DOI: 10.1016/j.apt. 2016.11.020.
9. Колесников С.И., Кондаков А.А., Милосердов П.А., Новицкий И.М., Бардин М.А. Определение оптимальных условий синтеза в тройной системе Ti—Al—N для получения продуктов, содержащих наибольшее количество MAX-фаз. Башкир. хим. журн. 2012. Т. 19. No. 4. С. 162—165. Kolesnikov S.I., Kondakov A.A., Miloserdov P.A., Novitsky I.M., Bardin M.A. Optimization of synthesis conditions in Ti—Al—N ternary system to obtain products with the most containment of MAX-phases. Bashkir. khimicheskiy zhurnal. 2012. Vol. 19. No. 4. P. 162—165 (In Russ.).
10. Haddad N., Garcia-Caurel E., Hultman L., Barsoum M.W., Hug G. Dielectric properties of Ti2AlC and Ti2AlN MAX phases: The conductivity anisotropy. J. Appl. Phys. 2008. Vol. 104. No. 023531. DOI: 10.1063/1.2960340.
11. Dongli Sun, Tao Sun, Qing Wang, Xiuli Han, Qiang Guo, Gaohui Wu. Fabrication of in situ Ti2AlN/TiAl composites by reaction hot pressing and their properties. J. Wuhan Univ. Technol.-Mat. Sci. 2014. Vol. 29. Iss. 1. P.126—130. DOI: 10.1007/s11595-014-0879-6.
12. Djedid A., Mecabih S., Abbes O., Abba B. Theoretical investigations of structural, electronic and thermal properties of Ti2AlX (X = C, N). Physica B: Condensed Mater. 2009. Vol. 404. No. 20. P. 3475—3482. DOI: 10.1016/j. physb.2009.05.048.
13. Borysiewicz M.A., Kaminska E., Piotrowska A., Pasternak I., Jakiela R., Dynowska E. Ti—Al—N MAX phase, a candidate for ohmic contacts to n-GaN. Acta Phys. Polonica A. 2008. Vol. 114. No. 5. P. 1061—1066. DOI: 10.12693/APhysPolA.114.1061.
14. Scabarozi T., Ganguly A., Hettinger J.D., Lofland S.E., Amini S., Finkel P., El-Raghy T., Barsoum M.W. Electronic and thermal properties of Ti3Al(C0.5,N0.5)2, Ti3Al(C0.5,N0.5)2, Ti2Al(C0.5,N0.5), Ti2Al(C0.5,N0.5) and Ti2AlN. J. Appl. Phys. 2008. Vol. 104. No. 073713. DOI: 10.1063/1.2979326.
15. Карпов А.В., Морозов Ю.Г., Бунин В.А., Боровинская И.П. Влияние оксида иттрия на электропроводность нитридной СВС-керамики. Неорган. матер. 2002. Т. 38. No. 6. С. 762—766. Karpov A.V., Morozov Yu.G., Bunin V.A., Borovinskaya I.P. Effect of yttrium oxide on electric conductivity of SHS nitrogen ceramics. Neorganicheskie materially. 2002. Vol. 38. No. 6. P. 762—766 (In Russ.).
16. Borovinskaya I.P., Bunin V.A., Vishnyakova G.A., Karpov A.V. Some specific features of synthesis and characteristics of (TiB2—AlN—BN)-based ceramic materials. Int. J. SHS. 1999. Vol. 8. No. 4. P. 451—457.
17. Liu Wulong, Qiu Changjun, Zhou Jie, Ding Zhihui, Zhou Xiaobing, Du Shiyu, Han Young-Hwan, Huang Qing. Fabrication of Ti2AlN ceramics with orientation growth behavior by the microwave sintering method. J. Eur. Ceram. Soc. 2015. Vol. 35. No. 5. P. 1385—1391. DOI: 10.1016/ j.jeurceramsoc.2014.11.020.
18. Joelsson T., Horling A., Birch J., Hultman L. Single-crystal Ti2AlN thin films. Appl. Phys. 2005. Vol. 86. No. 111913. DOI: 10.1063/1.1882752.
19. Sundgren J.E., Johansson B.O., Rockett A., Barnett S.A., Greene J.E. Physics and chemistry of protective coatings. AIP Conf. Proc. (New York). 1986. No. 149. P. 95.
20. Андриевский Р.А., Калинников Г.В., Кобелев Н.П., Сойфер Я.М., Штанский Д.В. Структура и физико-механические свойства наноструктурных боронитридных пленок. ФТТ. 1997. Т. 39. No. 10. С. 1859—1864. Andrievsky R.A., Kalinnikov G.V., Kobelev N.P., Soyfer Ya.M., Shtansky D.V. Structure and physicomechanical properties of boron nitride nanostructured films. Fizika tverdogo tela. 1997. Vol. 39. No. 10. P. 1859—1864 (In Russ.).
21. Veeraraghavan D., Pilchowski U., Natarajan B., Vasudevan V.K. Phase equilibria and transformations in Ti— (25—52) at.% Al alloys studied by electrical resistivity measurements. Acta Mater. 1998. Vol. 46. No. 2. P. 405— 421. DOI: 10.1016/S1359-6454(97)00274-7.
22. Григорян А.Э., Елистратов Н.Г., Ковалев Д.Ю., Мержанов А.Г., Носырев А.Н., Пономарев В.И., Рогачев А.С., Хвесюк В.И., Цыганков П.А. Автоволновое распространение экзотермических реакций в тонких многослойных пленках системы Ti—Al. Докл. АН. 2001. Т. 381. No. 3. С. 368—372. Grigoryan A.E., Elistratov N.G., Kovalеv D. Yu., Merzhanov A.G., Nosyrev A.N., Ponomarev V.I., Rogachev A.S., Khvesyuk V.I., Tsygankov P.A. Autowave propogation of exothermic reactions in the thin multilayer films of Ti—Al system. Doklady AN. 2001. Vol. 381. No. 3. P. 368—372 (In Russ.).
23. Bel’skaya E.A., Kulyamina E.Y. Electrical resistivity of titanium in the temperature range from 290 to 1800 K. High Temp. 2007. Vol. 45. No. 785. DOI: 10.1134/ S0018151X07060090.
Рецензия
Для цитирования:
Кондаков А.А., Карпов А.В., Грачев В.В., Сычев А.Е. Температурная зависимость электросопротивления композиционного материала TiN/TiAl3/Ti2AlN. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019;(3):36-41. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-3-36-41
For citation:
Kondakov A.A., Karpov A.V., Grachev V.V., Sytschev A.E. Temperature dependence of TiN/TiAl3/Ti2AlN composite material electric resistivity. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2019;(3):36-41. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-3-36-41
Просмотров:
786
Послать статью по эл. почте 