.png)
.png)
Email this article 
Influence of synthesis parameters on density and phase composition of materials based on Ti3SiC2
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-2-30-34
Abstract
Для синтеза Ti3SiC2 методом спекания при 1300 и 1400 °С в течение 1‒5 ч использовали разные смеси исходных порошков Ti/Si/C, Ti/Si/TiC, Ti/SiC/C, Ti/SiC/TiC, Ti/TiSi2/TiC и TiH2/SiC/C. Установлено, что порошки Ti/Si/TiC и Ti/TiSi2/TiC являются лучшими для синтеза Ti3SiC2. Количество синтезированной фазы Ti3SiC2 достигает 98,3 и 90,3 об. % при температуре спекания 1400 °С в течение 1 ч. Ti3SiC2 синтезируется и растет в виде вытянутых зерен. Определено влияние времени и температуры спекания на образование MAX-фазы Ti3SiC2 из исходных порошков Ti/Si/C. TiC и небольшое количество SiC как промежуточные фазы всегда присутствуют в конечных продуктах. Избыток Si способствует наибольшему образованию фазы Ti3SiC2.
About the Authors
A. D. BykovaRussian Federation
V. V. Semenova
Russian Federation
S. N. Perevislov
Russian Federation
M. A. Markov
Russian Federation
References
1. Медведева, Н. И. Моделирование электронного строения, химической связи и свойств тройного силикокарбида Ti3SiC2 / Н. И. Медведева, А. Н. Еняшин, А. Л. Ивановский // Журнал структурной химии. ― 2011. ― Т. 52, № 4. ― С. 806‒822.
2. Истомин, П. В. Получение Ti3SiC2 / П. В. Истомин, А. В. Надуткин, Ю. И. Рябков, Б. А. Голдин // Неорганические материалы. ― 2006. ― Т. 42, № 3. ― С. 292‒297.
3. Zhang, Z. F. Deformation and fracture behavior of ternary compound Ti3SiC2 at 25‒1300 °C / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto // J. Mater. Lett. ― 2003. ― № 57. ― P. 1295‒1299.
4. Barsoum, M. W. Processing and mechanical properties of Ti3SiC2: reaction path and microstructure evolution / M. W. Barsoum, T. El–Raghy // J. Am. Ceram. Soc. ― 1999. ― № 82. ― P. 2849‒2854. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1999.tb02166.x.
5. Sarkar, D. R-curve behavior of Ti3SiC2 / D. Sarkar, B. Basu, M. C. Chu, S. J. Cho // Ceram. Int. ― 2007. ― Vol. 33, № 5. ― P. 789‒793. DOI: 10.1016/j.ceramint.2006.01.002
6. Sun, Z. Ternary compound Ti3SiC2: part I. Pulse discharge sintering synthesis / Z. Sun, Z. Zhang, H. Hashimoto, T. Abe // Materials Transactions. ― 2002. ― Vol. 43, № 3. ― P. 428‒431. DOI: 10.2320/matertrans.43.428.
7. Zhang, Z. F. Rapid synthesis of ternary carbide Ti3SiC2 through pulse-discharge sintering technique from Ti/Si/TiC powders / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto // Metallurgical and Materials Transactions A. ― 2002. ― Vol. 33, № 11. ― P. 3321‒3328. DOI: 10.1007/s11661-002-0320-1.
8. Zhang, Z. F. A new synthesis reaction of Ti3SiC2 through pulse discharge sintering Ti/SiC/TiC powder / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto, T. Abe // Scripta Mater. ― 2001. ― Vol. 45, № 12. ― P. 1461‒1467.
9. Zhang, Z. F. A new synthesis reaction of Ti3SiC2 from Ti/ TiSi2/TiC powder mixtures through pulse discharge sintering (PDS) technique / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto, T. Abe // Materials Research Innovations. ― 2002. ― Vol. 5, № 3/4. ― P. 185‒189. DOI: 10.1007/s10019-002-8644-4.
10. Zhang, Z. F. Application of pulse discharge sintering (PDS) technique to rapid synthesis of Ti3SiC2 from Ti/Si/C powders / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto, T. Abe // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2002. ― Vol. 22, № 16. ― P. 2957‒2961. DOI: 10.1016/S0955-2219(02)00044-4.
11. Goto, T. Chemically vapor deposited Ti3SiC2 / T. Goto, T. Hirai // Materials Research Bulletin. ― 1987. ― Vol. 22, № 9. ― P. 1195‒1201. DOI: 10.1016/0025-5408(87)90128-0.
12. Nesmelov, D. D. Reaction sintered materials based on boron carbide and silicon carbide / D. D. Nesmelov, S. N. Perevislov // Glass and Ceramics. ― 2015. ― Vol. 71, № 9/10. ― P. 313‒319. DOI: 10.1007/s10717-015-9677-7.
13. Perevislov, S. N. Effect of Si additions on the microstructure and mechanical properties of hot-pressed B4C / S. N. Perevislov, A. S. Lysenkov, S. V. Vikhman // Inorganic Materials. ― 2017. ― Vol. 53, № 4. ― P. 376‒380. DOI: 10.1134/S0020168517040148.
14. Nesmelov, D. D. Precipitation of the Eutectic Al2O3‒ZrO2(Y2O3) on the Surface of SiC Particles / D. D. Nesmelov, O. A. Kozhevnikov, S. S. Ordan’yan [et al.] // Glass and Ceramics. ― 2017. ― Vol. 74, № 1/2. ― P. 43‒47. DOI: 10.1007/s10717-017-9925-0.
15. Perevislov, S. N. Microstructure and mechanical properties of SiC-materials sintered in the liquid phase with the addition of a finely dispersed agent / S. N. Perevislov, I. B. Panteleev, A. P. Shevchik [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 58, № 5. ― P. 577‒582. DOI: 10.1007/s11148-018-0148-x. Перевислов, С. Н. Микроструктура и механические свойства LPSSiC материалов с высокодисперсной спекающей добавкой / С. Н. Перевислов, И. Б. Пантелеев, А. П. Шевчик, М. В. Томкович // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 10. ― С. 42‒47.
16. Perevislov, S. N. High density boron carbide ceramics / S. N. Perevislov, P. V. Shcherbak, M. V. Tomkovich // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 59, № 1. ― P. 32‒36. DOI: 10.1007/s11148-018-0178-4.
17. Перевислов, С. Н. Высокоплотная керамика на основе карбида бора / С. Н. Перевислов, П. В. Щербак, М. В. Томкович // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 1. ― С. 33‒37.
18. Frolova, M. G. Molding features of silicon carbide products by the method of hot slip casting / M. G. Frolova, A. V. Leonov, Y. F. Kargin [et al.] // Inorganic Materials: Applied Research. ― 2018. ― Vol. 9, № 4. ― P. 675‒678. DOI: 10.1134/S2075113318040123.
19. Perevislov, S. N. Phase composition and microstructure of reaction-bonded boron-carbide materials / S. N. Perevislov, P. V. Shcherbak, M. V. Tomkovich // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 59, № 2. ― P. 179‒183. DOI: 10.1007/s11148-018-0202-8.
20. Lysenkov, A. S. Composite material Si3N4/SiC with calcium aluminate additive / A. S. Lysenkov, K. A. Kim, D. D. Titov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. ― 2018. ― Vol. 1134, № 1. ― P. 012‒036. DOI: 10.1088/1742-6596/1134/1/012036.
21. Perevislov, S. N. Production of ceramic materials based on SiC with low-melting oxide additives / S. N. Perevislov, A. S. Lysenkov, D. D. Titov [et al.] // Glass and Ceramics. ― 2019. ― Vol. 75, № 9/10. ― P. 400‒407. DOI: 10.1007/s10717-019-00094-6.
22. Perevislov, S. N. Evaluation of the crack resistance of reactive sintered composite boron carbide-based materials / S. N. Perevislov // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 60, № 2. ― P. 168‒173. DOI: 10.1007/s11148-019-00330-0.
23. Перевислов, С. Н. Оценка трещиностойкости реакционно-спеченных композиционных материалов на основе карбида бора / С. Н. Перевислов // Новые огнеупоры. ― 2019. ― № 3. ― С. 49‒54.
24. Jacques, S. Reactive chemical vapor deposition of Ti3SiC2 with and without pressure pulses: Effect on the ternary carbide texture / S. Jacques, H. Fakih, J. C. Viala // Thin Solid Films. ― 2010. ― Vol. 518, № 18. ― P. 5071‒5077. DOI: 10.1016/j. tsf.2010.02.059.
25. Lis, J. Ti3SiC2-based materials prepared by HIP-SHS techniques / J. Lis, Y. Miyamoto, R. Pampuch, K. Tanihata // Mater. Lett. ― 1995. ― Vol. 22, № 3/4. ― P. 163‒168. DOI: 10.1016/0167-577X(94)00246-0.
26. Gao, N. F. Dense Ti3SiC2 prepared by reactive HIP / N. F. Gao, Y. Miyamoto, D. Zhang // Journal of Materials Science. ― 1999. ― Vol. 34, № 18. ― P. 4385‒4392. DOI: 10.1023/A:1004664500254.
27. Li, J. T. Fabrication of monolithic Ti3SiC2 ceramic through reactive sintering of Ti/Si/2TiC / J. T. Li, Y. Miyamoto // Journal of Materials Synthesis and Processing. ― 1999. ― Vol. 7, № 2. ― P. 91‒96. DOI: 10.1023/A:1021865613357.
28. Pampuch, R. Solid combustion synthesis of Ti3SiC2 / R. Pampuch, J. Lis, L. Stobierski, M. Tymkiewicz // J. Eur. Ceram. Soc. ― 1989. ― Vol. 5, № 5. ― P. 283‒287. DOI: 10.1016/0955-2219(89)90022-8.
29. Zhang, Z. F. Low temperature synthesis of Ti3SiC2 from Ti/SiC/C powders / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto // Mater. Sci. Technol. ― 2004. ― Vol. 20, № 10. ― P. 1252‒1256. DOI: 10.1179/026708304X6103.
30. Yang, S. Formation of Ti3SiC2 from Ti‒Si‒TiC powders by pulse discharge sintering (PDS) technique / S. Yang, Z. M. Sun, H. Hashimoto // Materials Research Innovations. ― 2003. ― Vol. 7, № 4. ― P. 225‒230. DOI: 10.1007/s10019-003-0255-1.
31. Zhang, Z. F. Fabrication and microstructure characterization of Ti3SiC2 synthesized from Ti/Si/2TiC powders using the pulse discharge sintering (PDS) technique / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto, T. Abe // J. Am. Ceram. Soc. ― 2003. ― Vol. 86, № 3. ― P. 431‒436. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2003.tb03317.x.
32. Zhang, Z. F. Effects of sintering temperature and Si content on the purity of Ti3SiC2 synthesized from Ti/Si/TiC powders / Z. F. Zhang, Z. M. Sun, H. Hashimoto, T. Abe // J. Alloys Compd. ― 2003. ― Vol. 352, № 1/2. ― P. 283‒289. DOI: 10.1016/S0925-8388(02)01171-4.
33. Sun, Z. Effect of Al addition on pressureless reactive sintering of Ti3SiC2 / Z. Sun, Y. Zou, S. Tada, H. Hashimoto // Scripta Materialia. ― 2006. ― Vol. 55, № 11. ― P. 1011‒1014. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2006.08.019.
34. Viala, J. C. Phase equilibria at 1000 °C in the AlCSiTi quaternary system: An experimental approach / J. C. Viala, N. Peillon, F. Bosselet, J. Bouix // Materials Science and Engineering: A. ― 1997. ― Vol. 229, № 1/2. ― P. 95‒113. DOI: 10.1016/S0921-5093(97)00002-6.
Supplementary files
For citation: Bykova A.D., Semenova V.V., Perevislov S.N., Markov M.A. Influence of synthesis parameters on density and phase composition of materials based on Ti3SiC2. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;1(2):30-34. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-2-30-34
Refbacks
- There are currently no refbacks.