Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук, Хабаровск, Россия:

М. А. Теслина, научный сотрудник, эл. почта: secretar@im.febras.net
Н. М. Власова, научный сотрудник
Т. Б. Ершова, зав. лабораторией композиционных материалов
И. А. Астапов, старший научный сотрудник

Исследованы особенности формирования структуры и свойств МАХ-фаз в системе Ti – Al – C. Соотношение компонентов в смесях для изготовления образцов было различным. Состав исходной смеси соответствовал соотношению компонентов Ti:Al:C = 7:2:3 (80 % (мас.) Ti, 12 % (мас.) Al, 8 % (мас.) C). Вторая смесь для изготовления образцов состояла из исходной смеси с избытком алюминия (20 % (мас.)), что соответствовало 78 % (мас.) Ti, 14 % (мас.) Al, 8 % (мас.) C. Третий состав был представлен исходной смесью с избытком титана и углерода (по 20 % (мас.)), что соответствовало 81 % (мас.) Ti, 10 % (мас.) Al, 9 % (мас.) C. Показано, что в зависимости от соотношения компонентов в смеси и температуры спекания получают материалы с азотсодержащей или углеродсодержащей МАХ-фазой. При спекании состава, соответствующего исходной смеси, до температуры 1300 °С образуется материал, содержащий МАХ-фазу Ti₂AlN, а при температуре 1300 °С и выше — Ti₃AlС₂. Второй и третий составы, спекаемые при температуре 1300 °С и выше, образуют материал, содержащий МАХ-фазы Ti₂AlС, Ti₃AlС₂. Определено, что при спекании до температуры 1300 °С, образуется низкоуглеродистый карбонитрид состава TiC_0,3N_0,7. С повышением температуры спекания до 1300 °С и выше образуется высокоуглеродистый карбонитрид состава TiC_0,7N_0,3. Повышение температуры спекания от 1300 до 1400 °С приводит к изменению соотношения Ti2AlC (Ti3AlC2) со вторичными фазами (TiC_0,7N_0,3 или TiC), которые всегда присутствуют в конечном продукте. Характер изменения микротвердости исследуемых образцов показал, что частицы карбонитридов являются упрочняющей фазой в материале. Определены оптимальные условия (температура спекания — 1300 °С, продолжительность спекания — 1–2 ч), позволяющие получить в материале углеродсодержащие МАХ-фазы Ti₃AlС₂ и Ti₂AlС и высокоуглеродистый карбонитрид TiC_0,7N_0,3. Решающую роль для формирования Ti₂AlC и Ti₃AlC₂ играет соотношение компонентов в смеси.

1. Barsoum M. W., Ali M., El-Raghy T. Processing and characterization of Ti₂AlC, Ti₂AlN, and Ti₂AlC_0.5N_0.5 // Metallurgical and Materials Transactions : A. 2000. Vol. 31 (7). P. 1857–1865.
2. Lin Z. J., Zhuo M. J., Li M. S., Wang J. Y., Zhou Y. C. Synthesis and microstructure of layered-ternary Ti₂AlN ceramic // Scripta Materialia. 2007. Vol. 56. P. 1115–1118.
3. Gui Bai, Sa Rafael, Jayaseelan D. D., Inam Fawad, Reece M. J., Lee W. E. Microstructural evolution during high-temperature oxidation of spark plasma sintered Ti2AlN ceramics // Acta Materialia. 2012. Vol. 60 (3). P. 1079–1092.
4. Naguib M., Mashtalir O., Carle J., Presser V., Lu Jun, Hultman L., Gogotsi Y., Barsoum M. W. Two-dimensional transition metal carbides // Acsnano. 2012. Vol. 6, No. 2. P. 1322–1331.
5. Joelsson T., Horling A., Birch J., Hultman L. Single-crystal Ti₂AlN thin films // Applied Physics Letters. 2005. Vol. 86 (11). P. 101–113.
6. Быстров Ю. А., Ветров Н. З., Лисенков А. А. Плазмохимический синтез нитридных соединений на основе алюминия в плазме вакуумно-дугового разряда // Письма в ЖТФ. 2012. Т. 38. Вып. 20. С. 50–56.
7. Бродниковский H. П., Печковский Э. П., Фирстов С. А. и др. Механическое поведение титанокремнистого карбида Ti₃SiC₂ в зависимости от структурного состояния и условий деформирования // Металлофизические новейшие технологии. 2003. Т. 25, № 9. С. 1179–1200.
8. Li J. F., Pan W., Sato F., Watanabe R. Mechanical properties of polycrystalline Ti3SiC2 at ambient and elevated temperatures // Acta Materialia. 2001. Vol. 49. P. 937–945.
9. Lis J., Pampuch R., Piekarczyk J., Stobierski L. New ceramics based on Ti₃SiC₂ // Ceramics International. 1993. Vol. 19. P. 219–234.
10. Горбань В. Ф., Демидик А. Н., Иванова И. И., Карпец М. В., Крылова Н. А., Печковский Э. П., Полушко А. П., Фирстов С. А. Влияние состава и пористости спеченных титановых наноламинатов-композитов на механические свойства при комнатной температуре // Проблемы прочности. 2006. № 6. С. 79–94.
11. ГОСТ 6058–73. Порошок алюминиевый. — Введ. 1975–01–01. 12. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления. — М. : Металлургия, 1988. — 400 с.
13. Prikhna T., Cabioc’h T., Gawalek W., Ostash O., Litzkendorf D., Dub S., Loshak M., Sverdun V., Chartier P., Basyuk T., Moshchil V., Kozyrev A., Karpets M., Kovylaev V., Starostina A., Turkrvich D. Study of the thermal stability and mechanical characteristics of MAX phases of Ti – Al – C(N) system and their solid solutions // Advances in Science and Technology. 2014. Vol. 89. Р. 123–128.
14. Tzenov N. V., Barsoum M. W. Synthesis and characterization of Ti₃AlC₂ // Journal of the American Ceramic Society. 2000. Vol. 83 (4). Р. 825–832.
15. Ghosh N. C., Harimkar S. P. Consolidation and synthesis of MAX phases by Spark Plasma Sintering (SPS): a review // Woodhead Publishing Limited. 2012. Р. 47–80.
16. Barsoum M. W., Brodkin D., El-Raghy T. Layered machinable ceramics for high temperature applications // Scripta Materialia. 1997. Vol. 36 (5). Р. 535–541.
17. Гринберг Б. А., Иванов М. А. Интерметаллиды Ni3Al, TiAl: микроструктура, деформационное поведение. — Екатеринбург : УрО РАН, 2002. — 360 с.
18. Braic V., Balaceanu M., Tudor I., Popeseu A., Braic M., Pavelescu G., Zamfir R. Properties of titanium based hard coatings deposited by the cathodic arc metod // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2002. Vol. 4, No. 1. P. 115–120.
19. Li B., Zhang G., Zhang P., Liu G. Microstructure, mechanical and tribological properties of Ti(C, N)/a-C gradient composite films // Thin Solid Films. 2011. Vol. 519. Р. 6246–6251.