Email this article Самораспространяющийся высокотемпературный синтез высокодисперсной порошковой композиции TiN-TiC с частичной заменой сажи на фторопласт
- Authors: 1
-
Affiliations:
- Самарский государственный технический университет
- Issue: Vol 1 (2025)
- Pages: 203-204
- Section: ЧАСТЬ I. Физика
- Submitted: 26.05.2025
- Accepted: 27.06.2025
- Published: 02.11.2025
- URL: https://transsyst.ru/osnk-sr2025/article/view/680629
- ID: 680629
Cite item
Full Text
Abstract
Обоснование. Использование карбида титана в сочетании с нитридом титана дает соединение TiCN. Ti(C,N), твердый раствор TiN и TiC, сочетает в себе свойства как TiC, так и TiN и имеет одинаковую кристаллическую структуру и схожие внешние валентные электронные конфигурации [1, 2] и применяется в качестве армирующего материала в TMC, который может обеспечить высокую твердость, хорошую термическую стабильность и совместимость с Ti [3].
В данной работе для получения композиции TiN-TiC применен метод азидного самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Технология СВС является новой технологией синтеза для порошковых материалов. Метод позволяет производить большое количество высокодисперсных и наноразмерных порошков с высокой чистотой и хорошим выходом чистого целевого продукта синтеза [4].
Цель — проведение исследования по применению активирующей добавки фторопласта (C2F4) и использование галоидной соли (NH4)2TiF6 для получения высокодисперсной порошковой композиции TiN-TiC методом СВС-Аз.
Методы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез представляет собой реакцию экзотермического взаимодействия двух или нескольких химических элементов, протекающую в режиме направленного горения [4].
Результаты. Для проведения синтеза методом СВС-Аз были выбраны системы с галоидной солью «Ti–NaN3–(NH4)2TiF6–C» и система с активирующей добавкой в виде фторопласта «Ti–NaN3–C–C2F4» для соотношения целевых фаз 1:4 (TiN:4TiC).
С помощью программы «Thermo» [5] был произведен анализ протекания реакций горения, который показал возможность образования целевой композиции TiN-TiC. По результатам термодинамического анализа, адиабатическая температура горения варьировалась от 2297 до 3289 К, энтальпия реакции от –1503 до –2658 КДж. Эксперименты проводились в лабораторном реакторе СВС-Аз в атмосфере азота при максимальном давлении 3 МПа.
В результате эксперимента, с частичной заменой доли сажи (С) на фторопласт (C2F4) в уравнении, температура горения увеличивается, а энтальпия реакции снижается, что согласуется с расчетами термодинамического анализа.
По результатам рентгенофазового и количественного анализа в уравнениях, где нет галоидной соли (NH4)2TiF6 и часть сажи (С) была заменена на фторопласт, дают нужные нам фазы 47 % — TiN и 53 % — TiC без побочных продуктов.
Выводы. Азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза позволила синтезировать керамические, высокодисперсные порошковые композиции TiN-TiC заданного состава. В ходе эксперимента установлено, что использование галоидной соли (NH4)2TiF6 в реакциях позволяет получить мелкие частицы с размером частиц от 150 до 300 нм и крупные в пределах 1 мкм, однако преимущественно образуется нитридная фаза. В другом случае, где в уравнении часть углерода была заменена на фторопласт, количественный рентгенофазовый анализ показал увеличение карбидной фазы, которая близка к теоретическому значению. Результаты РЭМ показали образования высокодисперсных субмикронных равноосных мелких частиц размером 100–300 нм и крупных в пределах 1 мкм.
Full Text
Обоснование. Использование карбида титана в сочетании с нитридом титана дает соединение TiCN. Ti(C,N), твердый раствор TiN и TiC, сочетает в себе свойства как TiC, так и TiN и имеет одинаковую кристаллическую структуру и схожие внешние валентные электронные конфигурации [1, 2] и применяется в качестве армирующего материала в TMC, который может обеспечить высокую твердость, хорошую термическую стабильность и совместимость с Ti [3].
В данной работе для получения композиции TiN-TiC применен метод азидного самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Технология СВС является новой технологией синтеза для порошковых материалов. Метод позволяет производить большое количество высокодисперсных и наноразмерных порошков с высокой чистотой и хорошим выходом чистого целевого продукта синтеза [4].
Цель — проведение исследования по применению активирующей добавки фторопласта (C2F4) и использование галоидной соли (NH4)2TiF6 для получения высокодисперсной порошковой композиции TiN-TiC методом СВС-Аз.
Методы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез представляет собой реакцию экзотермического взаимодействия двух или нескольких химических элементов, протекающую в режиме направленного горения [4].
Результаты. Для проведения синтеза методом СВС-Аз были выбраны системы с галоидной солью «Ti–NaN3–(NH4)2TiF6–C» и система с активирующей добавкой в виде фторопласта «Ti–NaN3–C–C2F4» для соотношения целевых фаз 1:4 (TiN:4TiC).
С помощью программы «Thermo» [5] был произведен анализ протекания реакций горения, который показал возможность образования целевой композиции TiN-TiC. По результатам термодинамического анализа, адиабатическая температура горения варьировалась от 2297 до 3289 К, энтальпия реакции от –1503 до –2658 КДж. Эксперименты проводились в лабораторном реакторе СВС-Аз в атмосфере азота при максимальном давлении 3 МПа.
В результате эксперимента, с частичной заменой доли сажи (С) на фторопласт (C2F4) в уравнении, температура горения увеличивается, а энтальпия реакции снижается, что согласуется с расчетами термодинамического анализа.
По результатам рентгенофазового и количественного анализа в уравнениях, где нет галоидной соли (NH4)2TiF6 и часть сажи (С) была заменена на фторопласт, дают нужные нам фазы 47 % — TiN и 53 % — TiC без побочных продуктов.
Выводы. Азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза позволила синтезировать керамические, высокодисперсные порошковые композиции TiN-TiC заданного состава. В ходе эксперимента установлено, что использование галоидной соли (NH4)2TiF6 в реакциях позволяет получить мелкие частицы с размером частиц от 150 до 300 нм и крупные в пределах 1 мкм, однако преимущественно образуется нитридная фаза. В другом случае, где в уравнении часть углерода была заменена на фторопласт, количественный рентгенофазовый анализ показал увеличение карбидной фазы, которая близка к теоретическому значению. Результаты РЭМ показали образования высокодисперсных субмикронных равноосных мелких частиц размером 100–300 нм и крупных в пределах 1 мкм.
About the authors
Самарский государственный технический университет
Author for correspondence.
Email: pekarevaolga07@gmail.com
бакалавр, 4-ФММТ-106; факультет машиностроения, металлургии и транспорта
Russian Federation, СамараReferences
- Sun Q., Wang Z., Yang J., et al. High-performance TiN reinforced Sialon matrix composites: a good combination of excellent toughness and tribological properties at a wide temperature range // Ceram Int. 2018. N 44. P. 17258–17265. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.06.185
- Mari D., Bolognini S., Viatte T., Benoit W. Study of the mechanical properties of TiCN-WC-CO hardmetals by the interpretation of internal friction spectra // Int J Refract Met Hard Mater. 2001. N 19. P. 257–265. doi: 10.1016/S0263-4368(01)00037-3
- Yun E., Lee K., Lee S. Correlation of microstructure with high-temperature hardness of (TiC,TiN)/Ti-6Al-4V surface composites fabricated by high-energy electron-beam irradiation // Surf Coat Technol. 2005. Vol. 191, N 1. P. 83–89. doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.02.040 EDN: MCWZNZ
- Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. Москва: Машиностроение-1, 2007. 567 с. EDN: OWGPCL
- Shiryaev A., Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 1995, Vol. 4, No. 4. P. 351.
Supplementary files
