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

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 Ti₅Si₃C_x. 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 Ti₅Si₃C_x. 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.

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.