.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Керамические композиционные материалы на основе MAX-фазы Ti3SiC2, полученные методом СВС-экструзии
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-6-21-27
Аннотация
В процессе горения исходных компонентов (титана, кремния, сажи и бора) в режиме СВС с последующей высокотемпературной деформацией получены компактные цилиндрические стержни длиной до 220 мм и диаметром 4 мм, состоящие из керамического композиционного материала на основе MAX-фазы Ti3SiC2, упрочненной частицами TiC и TiB2. Данные условия были реализованы в методе СВС-экструзии. Установлено влияние исходного состава на структуру, фазовый состав и механические характеристики (нанотвердость, модуль упругости, предел прочности при изгибе) полученных материалов. Установлено, что образование MAX-фазы Ti3SiC2 происходит на границе с фазой TiC за счет диффузии кремния под воздействием высоких температур (до 1980‒2125 °С), сопровождающих процесс СВС-экструзии.
Об авторах
А. С. КонстантиновРоссия
А. С. Константинов, к. т. н.
г. Черноголовка Московской обл.
А. П. Чижиков
Россия
А. П. Чижиков, к. т. н.
г. Черноголовка Московской обл.
М. С. Антипов
Россия
М. С. Антипов
г. Черноголовка Московской обл.
Список литературы
1. Маслов, А. А. Исследование покрытий на основе системы Ti‒Al‒C при помощи синхротронного излучения и рентгеновской дифракции / А. А. Маслов, А. Ю. Назаров, А. А. Николаев [и др.] // Перспективные материалы. ― 2023. ― № 6. ― C. 60‒66. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2023-6-60-66.
2. Zou, Q. Effects of Ti3SiC2 on microstructure and properties of TiC0.4 enhanced TiAl matrix composites / Q. Zou, L. Bu, Y. Li [et al.] // Mater. Chem. Phys. ― 2023. ― Vol. 297. ― Article 127330. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.127330.
3. Kwon, H. Fabrication of SiCf/Ti3SiC2 by the electrophoresis of highly dispersed Ti3SiC2 powder / H. Kwon, X. Zhou, D. Yoon // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46, № 11. ― P. 18168‒18174. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.138.
4. Маслов, А. А. Исследование перспективных жаростойких покрытий систем Y‒Al‒O и Ti‒Al‒C / А. А. Маслов, А. Ю. Назаров, К. Н. Рамазанов [и др.] // Изв. вузов. Физика. ― 2022. ― № 11. https://doi.org/10.17223/00213411/65/11/99.
5. Liu, Z. Molten salt dynamic sealing synthesis of MAX phases (Ti3AlC2, Ti3SiC2 et al.) powder in air / Z. Liu, J. Xu, X. Xi // Ceram. Int. ― 2023. ― Vol. 49, № 1. ― P. 168‒178. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.08.325.
6. Назаров, А. Ю. Исследование фазовых превращений в двухслойном жаростойком покрытии Ti‒Al‒C + Y‒ Al‒O на жаропрочном никелевом сплаве / А. Ю. Назаров [и др.] // Front. Mat. Tech. ― 2023. ― № 4. ― С. 63‒71.
7. Chen, H. Effects of microfluidic morphologies on the interfacial microstructure and mechanical properties of Ti3SiC2 ceramic and pure copper brazed joints / H. Chen, S. Zhao, X. Nai // Ceram. Int. ― 2023. ― Vol. 49, № 10. ― P. 16370‒16378. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.01.239.
8. Yang, Z. Electrical conductivities and mechanical properties of Ti3SiC2 reinforced Cu-based composites prepared by cold spray / Z. Yang, J. Xu, Y. Qian // J. Alloys Compd. ― 2023. ― Vol. 946. ― Article 169473. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169473.
9. Zhu, W. Low temperature and pressureless synthesis of high-purity Ti3SiC2 MAX phase from TiC via κAl2O3 addition through reactive melt infiltration / W. Zhu, Y. Ren, M. Li [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2024. ― Vol. 44, № 7. ― P. 4398‒4409. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2024.01.088.
10. Li, Y. First principles study of stability, electronic structure and fracture toughness of Ti3SiC2/TiC interface / Y. Li, X.Z. Zhang, S. Y. Zhang [et al.] // Vac. ― 2022. ― Vol. 196. ― Article 110745.
11. Alves, M. F. R. P. Preparation of TiC/Ti3SiC2 composite by sintering mechanical alloyed Ti‒Si‒C powder mixtures / M. F. R. P. Alves, C. dos Santos, B. X. de Freitas [et al.] // J. nanosci. nanotech. ― 2020. ― Vol. 20, № 7. ― P. 4580‒4586.
12. Lou, Z. In-situ fabrication and characterization of TiC matrix composite reinforced by SiC and Ti3SiC2 / Z. Lou, Y. Li, Q. Zou [et al.] // Ceram. Int. ― 2023. ― № 12. ― P. 20849‒20859. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.03.218.
13. Zhang, X. Improved mechanical properties of reaction-bonded SiC through in-situ formation of Ti3SiC2 / X. Zhang, D. Chen, Q. Luo [et al.] // Ceram. Int. ― 2023. ― Vol. 49, № 15. ― P. 32750‒32757. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.07.243.
14. Wu, J. Reaction mechanism and mechanical properties of SiC joint brazed by in-situ formation of Ti3SiC2 / J. Wu, J.Yan, H. Peng [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2024. ― Vol. 44, № 6. ― P. 3777‒3783. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.12.097.
15. Islak, B. Y. Synthesis and properties of TiB2/Ti3SiC2 composites / B. Y. Islak, D. Candar // Ceram. Int. ― 2021. ― Vol. 47, № 1. ― P. 1439‒1446. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.09.098.
16. Zou, W. J. Mechanical, thermal physical properties and thermal shock resistance of in situ (TiB2 + SiC)/ Ti3SiC2 composite / W. J. Zou, H. B. Zhang, J. Yang [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2018. ― Vol. 741. ― P. 44‒50.
17. Севостьянов, Н. В. Высокотемпературное окисление материалов на основе MAX-фазы Ti3SiC2, синтезированных методом искрового плазменного спекания / Н. В. Севостьянов, О. В. Басаргин, В. Г. Максимов // Неорг. Матер. ― 2019. ― Т. 55, № 1. ― С. 11‒15. https://doi.org/10.1134/S0002337X19010111.
18. Csáki, Š. Preparation of Ti3SiC2 MAX phase from Ti, TiC, and SiC by SPS / Š. Csáki, F. Lukáč, J. Veverka // Ceram. Int. ― 2022. ― Vol. 48, № 19. ― P. 28391‒28395. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.06.149.
19. Chen, D. Mechanical performance and oxidation resistance of SiC castables with lamellar Ti3SiC2 coatings on SiC aggregates prepared by SPS / D. Chen, H. Gu, A. Huang [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2019. ― Vol. 791. ― P. 461‒468. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.03.358.
20. Islak, B. Y. Evaluation of properties of spark plasma sintered Ti3SiC2 and Ti3SiC2/SiC composites / B. Y. Islak, E. Ayas // Ceram. Int. ― 2019. ― Vol. 45, № 9. ― P. 12297‒12306.
21. Magnus, C. Microstructures and intrinsic lubricity of in situ Ti3SiC2‒TiSi2‒TiC MAX phase composite fabricated by reactive spark plasma sintering (SPS) / C. Magnus, D. Cooper, L. Ma // Wear. ― 2020. ― Vol. 448/449. ― Article 203169. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203169.
22. Galvin, T. Laser sintering of electrophoretically deposited (EPD) Ti3SiC2 MAX phase coatings on titanium / T. Galvin, N. C. Hyatt, W. M. Rainforth // Surf. Coat. Technol. ― 2019. ― Vol. 366. ― P. 199‒203. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.03.031.
23. Magnus, C. Synthesis and microstructural evolution in ternary metalloceramic Ti3SiC2 consolidated via the Maxthal 312 powder route / C. Magnus, T. Galvin, L. Ma // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46, № 10. ― P. 15342‒15356. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.078.
24. Chahhou, B. Synthesis of Ti3SiC2 coatings onto SiC monoliths from molten salts / B. Chahhou, C. LabrugèreSarroste, F. Ibalot // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2022. ― Vol. 42, № 13. ― P. 5484‒5492. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.05.054.
25. Xu, H. Microstructure and properties of plasma sprayed copper-matrix composite coatings with Ti3SiC2 addition / H. Xu, T. Fu, P. Wang // Surf. Coat. Technol. ― 2023. ― Vol. 460. ― Article 129434. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129434.
26. Xiong, Y. Fabrication of TiC coated short carbon fiber reinforced Ti3SiC2 composites: Process, microstructure and mechanical properties / Y. Xiong, H. Li, J. Huang // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2022. ― Vol. 42, № 9. ― P. 3770‒3779. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.03.024.
27. Li, M. Novel WC‒Co‒Ti3SiC2 cemented carbide with ultrafine WC grains and improved mechanical properties / M. Li, M. Gong, Z. Cheng [et al.] // Ceram. Int. ― 2022. ― Vol. 48, № 15. ― P. 22335‒22342. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.04.239.
28. Bazhin, P. M. In-situ study of the process of selfpropagating high-temperature synthesis of titanium carbide with a nichrome binder / P. M. Bazhin, M. S. Antipov, A. S. Konstantinov // Mater. Lett. ― 2022. ― Vol. 308. ― Article 131086. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.131086.
29. Vershinnikov, V. I. Formation of V2AlC MAX phase by SHS involving magnesium reduction of V2O5 / V. I. Vershinnikov, D. Yu. Kovalev // Ceram. Int. ― 2023. ― Vol. 49, № 4. ― P. 6063‒6067. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.10.134.
30. Bazhina, A. D. Materials based on the MAX phases of the Ti‒Al‒C system obtained under combustion and high-temperature shear deformation / A. D. Bazhina, A. S. Konstantinov, A. P. Chizhikov [et al.] // Mater. Lett. ― 2022. ― Vol. 318. ― Article 132196. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132196.
31. Прокопец, А. Д. Строение и механические характеристики слоистого композиционного материала на основе мах-фазы Ti3AlC2, полученного методом свободного СВС-сжатия / А. Д. Прокопец, П. М. Бажин, А. С. Константинов [и др.] // Неорг. матер. ― 2021. ― Т. 9. ― С. 986‒990. https://doi.org/10.31857/S0002337X2109013X.
32. Прокопец, А. Д. Закономерности формирования структуры градиентных композиционных материалов на основе МАХ-фазы Ti3AlC2 на титане / А. Д. Прокопец, А. С. Константинов, А. П. Чижиков // Неорг. матер. ― 2020. ― Т. 56. ― С. 1145‒1150. https://doi.org/10.31857/S0002337X20100127.
33. Константинов, А. С. Изучение влияния высокотемпературного отжига на структуру и свойства композиционного материала на основе TiC/TiB2/Ti3SiC2 / А. С. Константинов, А. П. Чижиков, М. С. Антипов, Н. Ю. Хоменко // Новые огнеупоры. ― 2023. ― Т. 8. ― С. 48‒54. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-8-48-53.
34. Chen, H. Effects of microfluidic morphologies on the interfacial microstructure and mechanical properties of Ti3SiC2 ceramic and pure copper brazed joints / H. Chen, S. Zhao, X. Nai // Ceram. Int. ― 2023. ― Vol. 49, № 10. ― P. 16370‒16378. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.01.239.
35. Yang, Z. Electrical conductivities and mechanical properties of Ti3SiC2 reinforced Cu-based composites prepared by cold spray / Z. Yang, J. Xu, Y. Qian // J. Alloys Compd. ― 2023. ― Vol. 946. ― Article 169473. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169473.
36. Hanson, W. A. Ionizing vs collisional radiation damage in materials: separated, competing, and synergistic effects in Ti3SiC2 / W. A. Hanson, M. K. Patel, M. L. Crespillo [et al.] // Acta Mater. ― 2019. ― Vol. 50. ― P. 195‒205.
37. Bazhin, P. M. SHS extrusion of materials based on the Ti‒Al‒C MAX phase / P. M. Bazhin, A. M. Stolin // Dokl. Chem. ― 2011. ― Vol. 439. ― P. 237‒239. https://doi.org/10.1134/S0012500811080052.
38. Stolin, A. M. Production of large compact plates from ceramic powder materials by unconfined SHS compaction / A. M. Stolin, P. M. Bazhin, A. S. Konstantinov, M. I. Alymov // Dokl. Chem. ― 2018. ― Vol. 480. ― P. 136‒138. https://doi.org/10.1134/S0012500818060083.
39. Константинов, А. С. Влияние соотношения исходных компонентов в системе Ti‒B на структуру и свойства материалов, полученных методом СВСэкструзии / А. С. Константинов, А. П. Чижиков, М. С. Антипов [и др.] // Перспективные материалы. ― 2023. ― T. 68. ― № 6. ― C. 842‒848. https://doi.org/10.31857/S0044457X22602395.
40. Константинов, А. С. Влияние высокотемпературного отжига на структуру и свойства композиционного материала на основе TiC/TiB2/Ti3SiC2 / А. С. Константинов, А. П. Чижиков, М. С. Антипов [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 8. ― С. 48‒54. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-8-48-53.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Константинов А.С., Чижиков А.П., Антипов М.С. Керамические композиционные материалы на основе MAX-фазы Ti3SiC2, полученные методом СВС-экструзии. Новые огнеупоры. 2024;(6):21-27. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-6-21-27
For citation: Konstaninov А.S., Chizhikov А.P., Antipov М.S. Ceramic composite materials based on the MAX phase Ti3SiC2 obtained by SHS extrusion. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(6):21-27. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-6-21-27
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.