Журналы →  Цветные металлы →  2018 →  №8 →  Назад

Композиционные материалы и многофункциональные покрытия
Название Фазообразование при спекании композиционного материала системы Ti – Al – SiC
DOI 10.17580/tsm.2018.08.10
Автор Астапов И. А., Власова Н. М., Ершова Т. Б., Кириченко Е. А.
Информация об авторе

ФГБУН Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН, Хабаровск, Россия:

И. А. Астапов, старший научный сотрудник, эл. почта: immaterial_khv@mail.ru
Н. М. Власова, научный сотрудник
Т. Б. Ершова, зав. лабораторией композиционных материалов
Е. А. Кириченко, научный сотрудник

Реферат

В настоящее время актуально создание новых композиционных материалов. Сочетание свойств во многофазном материале обеспечивает преимущества, которые могут быть использованы в авиа- и машиностроении, в том числе для создания функциональных покрытий и порошков. Среди таких материалов можно выделить композиты на основе MAX-фаз, отличающиеся повышенными характеристиками жаростойкости, упругости, легкостью механической обработки и др. Методом холодного прессования с последующим высокотемпературным спеканием в вакууме были получены материалы состава (3Ti:Al)+15 % SiC. В качестве исходных компонентов применяли химически чистые титан, алюминий и карбид кремния. Проводили термический анализ, исследовали фазовый состав и микроструктуру. Показано, что образование целевых фаз — Ti2AlC и карбосилицида титана — происходит в несколько стадий и протекает относительно медленно. На ДТА-кривой можно выделить только один характерный экзотермический пик, отвечающий синтезу алюминида титана. Фазовый анализ показал, что при низких температурах (до 1000 оC) формируется интерметаллид титана с алюминием. Одновременно происходит перестройка решетки карбида кремния с сопутствующим образованием TiC и при температуре выше 1100 оC — формированием Ti5Si3Cx. MAX-фаза Ti2AlC является результатом взаимодействия Ti3Al с атомами углерода, высвободившимися в ходе реакции карбида кремния с титаном. Исследование микроструктуры указывает на окончательный этап спекания при температурах выше 1300 оC. При более низких значениях в структуре заметны отдельные зерна TiC, SiC и области интерметаллида Ti3Al. Образец, спеченный при T = 1400 оC, представляет собой двухфазный композиционный материал, в каждом зерне которого равномерно распределены Ti2AlC и Ti5Si3Cx. Других фаз в данных образцах не обнаружено. Микротвердость двухфазных зерен составляет HV50 = 7,2 ГПа, при этом числа твердости находятся в интервале 3,0–9,0 ГПа, что объясняется влиянием соотношения двух фаз в месте индентирования.

Ключевые слова MAX-фаза, Ti2AlC, карбосилицид титана, порошковая металлургия, фазовый состав, фазообразование, микроструктура
Библиографический список

1. Hu Ch., Zhang H., Li F., Huang Q., Bao Y. New phases’ discovery in MAX family // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2013. No. 36. P. 300–312.
2. Сметкин А. А., Майорова Ю. К. Свойства материалов на основе MAX-фаз (обзор) // Вестник ПНИПУ. 2015. Т. 17, № 4. С. 120–138.
3. Sun Z. M. Progress in research and development on MAXphases: a family of layered ternary compounds // International Materials Reviews. 2011. Vol. 56, Iss. 3. P. 143–166.
4. Haftani M., Heydari M. S., Baharvandi H. R., Ehsani N. Studying the oxidation of Ti2AlC MAX phase in atmosphere: A review // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2016. Vol. 61. P. 51–60.
5. Cao J., Yin Z., Li H., Gao G., Zhang X. Tribological and mechanical properties of Ti2AlC coating at room temperature and 800 оC // Ceramics International. 2018. Vol. 44, Iss. 1. P. 1046–1051.
6. Nelson M., Agne M. T., Anasori B., Yang J., Barsoum M. W. Synthesis and Characterization of the Mechanical Properties of Ti3SiC2/Mg and Cr2AlC/Mg Alloy Composites // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 705. P. 182–188.
7. Wang W., Li Q., Ma R. et al. Superior bending and impact properties of SiC matrix composites infiltrated with an aluminium alloy // Ceramics International. 2017. Vol. 43, Iss. 5. P. 4551–4556.
8. Advances in Science and Technology of Mn + 1AXn Phases / edit. I. M. Low. — Woodhead Publishing (Elsevier). 2012. — 474 p.
9. Fakih H., Jacques S., Dezellus O. et al. Phase Equilibria and Reactive Chemical Vapor Deposition (RCVD) of Ti3SiC2 // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2008. Vol. 29, Iss. 3. P. 239–246.
10. Tang C., Klimenkov M., Jaentsch U. et al. Synthesis and characterization of Ti2AlC coatings by magnetron sputtering from three elemental targets and ex-situ annealing // Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 309. P. 445–455.
11. Gorshkov V. A., Miloserdov P. A., Luginina M. A., Sachkova N. V., Belikova A. F. High-temperature synthesis of a cast material with a maximum content of the max phase Cr2AlC // Inorganic Materials. 2017. Vol. 53, Iss. 3. P. 271–277.
12. Yan M., Chen Y., Mei B., Zhu J. Synthesis of high-purity Ti2AlN ceramic by hot pressing // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008. Vol. 18, Iss. 1. P. 82–85.
13. Atazadeh N., Heydari M. S., Baharvandi H. R., Ehsani N. Reviewing the effects of different additives on the synthesis of the Ti3SiC2 MAX phase by mechanical alloying technique // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2016. Vol. 61. P. 67–78.
14. Sun Z., Li M., Hu L. et al. Surface Chemistry, Dispersion Behavior, and Slip Casting of Ti3AlC2 Suspensions // Journal of the American Ceramic Society. 2009. Vol. 92, Iss. 8. P. 1695–1702.
15. Теслина М. А., Ершова Т. Б., Власова Н. М., Астапов И. А. Получение МАХ-фазы системы Ti – Al – C методом порошковой металлургии // Перспективные материалы. 2016. № 3. С. 75–80.

16. Song X.-J., Cui H.-Z., Hou N. et al. Lamellar structure and effect of Ti2AlC on properties of prepared in-situ TiAl matrix composites // Ceramics International. 2016. Vol. 42, Iss. 12. P. 13586–13592.
17. Hu Ch., Zhou Y., Bao Y., Wan D. Tribological Properties of Polycrystalline Ti3SiC2 and Al2O3‐Reinforced Ti3SiC2 Composites // Journal of the American Ceramic Society. 2006. Vol. 89. Iss. 1. P. 3456–3461.

Language of full-text русский
Полный текст статьи Получить
Назад