ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ КАРКАСОВ МАХ-ФАЗ Ti3AlC2И Ti3SiC2, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ СВС НА ВОЗДУХЕ И В ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКЕ ИЗ ПЕСКА

Авторы

  • Денис Михайлович Давыдов Самарский государственный технический университет https://orcid.org/0000-0001-5469-8588
  • Александр Петрович Амосов Самарский государственный технический университет https://orcid.org/0000-0003-1994-5672
  • Евгений Иванович Латухин Самарский государственный технический университет https://orcid.org/0000-0002-2071-3521
  • Эмиль Ринатович Умеров Самарский государственный технический университет https://orcid.org/0000-0002-2050-6899
  • Владислав Александрович Новиков Самарский государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-88-97

Ключевые слова:

амораспространяющийся высокотемпературный синтез, каркас, структура, дефекты, открытая и закрытая пористость, оксидная пленка

Аннотация

Рассматривается простой и недорогой способ синтеза пористых каркасов МАХ-фаз Ti3SiC2и Ti3AlC2методом СВС на воздухе и в засыпке из речного песка, при котором не требуется применения закрытого реактора со специальной атмосферой или вакуумом. Исследование макроструктуры синтезированных образцов на основе МАХ-фаз карбоалюминида титана и карбосилицида титана показало, что уобразцов одинаковая пористость порядка 50 –60 %, открытая пористость составляет около 40 %. Средний размер пор колеблется от 10 до 350 мкм. Микроструктура пористых каркасов Ti3SiC2и Ti3AlC2представляет собой характерные разнонаправленные блоки пластин МАХ-фаз, а также незначительное количество равноосных частиц TiC, окруженных однородной фазой TiSiили TiAlсоответственно. Показано, что синтез пористых каркасов на воздухе приводит к образованию оксидных и нитридных фаз, плотно покрывающих поверхности, толщиной до 100 мкм. Процесс СВС под слоем песка позволяет уменьшить среднюю толщину оксидных и нитридных пленок на поверхности СВС-каркаса до 20 мкм. На синтезированных образцах обнаружен подповерхностный слой, состоящий из двух фаз: TiC–TiSiв каркасе Ti3SiC2и TiC–TiAlв каркасе Ti3AlC2, толщина которого снижается с 50 мкм (СВС на воздухе) до 30 мкм (СВС под слоем песка). Установлено, что в закрытых порах оксидные и нитридные пленки отсутствовали в связи с тем, что к ним не было доступа атмосферных газов при остывании образцов.

Биографии авторов

Денис Михайлович Давыдов, Самарский государственный технический университет

аспирант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Александр Петрович Амосов, Самарский государственный технический университет

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Евгений Иванович Латухин, Самарский государственный технический университет

к.т.н., доцент кафедры металловедения, порошковой металлургии, нано-материалов

Эмиль Ринатович Умеров, Самарский государственный технический университет

аспирант кафедры ме-талловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Владислав Александрович Новиков, Самарский государственный технический университет

к.т.н., доцент кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов

Библиографические ссылки

Белов С.В. Пористые материалы в машино-строении. Москва: Машиностроение, 1981:184.

Gonzalez-Julian J. Processing of MAX phases: From synthesis to applications. Journal of the American Ceramic Society.2021;104:659–690.https://doi.org/10.1111/jace.17544

Radovic M., Barsoum M. MAX phases: Bridging the gap between metals and ceramics. American Ceramic Society Bulletin.2013;92(3):20–27.

Barsoum MW. MAX Phases: Properties of Ma-chinable Ternary Carbides and Nitrides. Wiley VCH. 2013. http://dx.doi.org/10.1002/9783527654581

Velasco B., Tsipas S., Ferrari B., Gordo E. MAX phases foams produced via a powder metallurgy process using a water-soluble space-holder. Powder Metallurgy.2014;58(2):95–99. https://doi.org/10.1179/0032589915Z.000000000226

Velasco B., Gordo E., Hu L., Radovic M., Tsi-pas S.A. Influence of porosity on elastic proper-ties of Ti2AlC and Ti3SiC2MAX phase foams. Journal of Alloys and Compounds. 2018;764:24–35. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.027

Sun Z., Liang Y., Li M., Zhou Y. Preparation of reticulated MAX phase support with morpholo-gy-controllable nanostructured ceria coating for gas exhaust catalyst devices. Journal of the American Ceramic Society. 2010;93(9):2591–2597. http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03776.x

Bowen C.R., Thomas T. Macro-porous Ti2AlC MAX-phase ceramics by the foam replication method. Ceramics International. 2015;41(9):12178–12185. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2015.06.038

Fey T., Stumpf M., Chmielarz A., Colombo P., Greil P., Potoczek M. Microstructure, thermal conductivity and simulation of elastic modulus of MAX-phase (Ti2AlC) gel-cast foams. Jour-nal of the European Ceramic Society.2018;38(10):3424–3432. http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.04.012

Elsayed H., ChmielarzA., Potoczek M., Fey T., Colombo P. Direct ink writing of three dimen-sional Ti2AlC porous structures. Additive Manu-facturing.2019;28:365–372.https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.05.018

Tan Q., Zhuang W., Attia M., Djugum R., Zhang M. Recent progress inadditive manufac-turing of bulk MAX phase components: A re-view. Journal of Materials Science & Technol-ogy.2022;131:30–47. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.026

Sai Priya Munagala. MAX phases: New class of carbides and nitrides for aerospace structural applications. In: Aerospace Materials and Material Technologies, Indian Institute of Metals Series. 2016;455–465. https://doi.org/10.1007/978-981-10-2134-3_20

Krotkevich D.G., Kashkarov E.B., Mingazova Y.R., Lider A.M., Travitzky N. Fabrication of MaxPhase-Based Gradient Porous Materials from Preceramic Paper. Russian Physics Journal. 2023;65:2186–2192. https://doi.org/10.1007/s11182-023-02888-2

Гончарук С.Ю., Самборук А.Р. Применение пористых СВС-материалов в качестве филь-тров. Современные материалы, техника и технологии. 2018;2(17):42–44. https://doi.org/10.24411/9999-004A-2018-10020

Анциферов В.Н., Пещеренко С.Н. Пористые вещества как новый класс материалов. Пер-спективные материалы. 2000;(5):1–8.

Пат. 2733524 РФ. Способ получения керами-ко-металлических композиционных матери-алов / Амосов А.П., Латухин Е.И., Умеров Э.Р. Заявл. 02.12.2019; опубл. 02.10.2020. Бюл. No 28.

Amosov A.P., Latukhin E.I., Umerov E.R. Apply-ing Infiltration Processes and Self-Propagating High-Temperature Synthesis for Manufacturing Cermets: АReview. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2022;63:81–100. http://dx.doi.org/10.3103/S1067821222010047

Latukhin E.I., Umerov E.R., Amosov A.P. Preparation of Ti3AlC2–Al Cermets by Com-bined Use of SHS of Ti3AlC2Porous Skeleton and Spontaneous Infiltration with Al and Al-Based Melts. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis.2023;32:23–29. https://doi.org/10.3103/S1061386223010041

Umerov E.R., Latukhin E.I., Amosov A.P., Kichaev P.E. Preparation of Ti3SiC2–Sn(Pb) Cermet by SHS of Ti3SiC2Porous Skeleton with Subsequent Spontaneous Infiltration with Sn–Pb Melt. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis.2023;32:30–35. https://doi.org/10.3103/S1061386223010089

Лепакова О.К., Итин В.И., Астафурова Е.Г., Еркаев П.А., Китлер В.Д., Афанасьев Н.И. Синтез, фазовый состав, структура и проч-ностные свойства пористых материалов на основе соединения Ti3SiC2. Физическая ме-зомеханика. 2016;19(2):108–113.

Ковалев Д.Ю. Динамическая рентгенография материалообразующих процессов горения. Автореф. докт. дис. Черноголовка. 2020:44.

Давыдов Д.М., Умеров Э.Р., Латухин Е.И. Сравнительный анализ методик оценки по-ристости СВС-каркасов. Современные ма-териалы, техника и технологии.2021;6(39):24–31. https://doi.org/10.47581/2021/SMTT/.6.38.04

Давыдов Д.М., Умеров Э.Р., Латухин Е.И., Амосов А.П. Влияние элементного порош-кового сырья на формирование пористого каркаса МАХ-фазы Ti3AlC2при получении методом СВС. Вектор науки ТГУ. 2021;(3):37–47. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-37-47

Zakeri M., Rahimipour M.R., Khanmohammadi-an A. Effect of the starting materials on the reac-tion synthesis of Ti3SiC2. Ceramics International. 2009;35(4):1553–1557. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2008.08.011

Amosov A.P., Latukhin E.I., Davydov D.M. The influence of gas atmosphere composition on formation of surface films in self-propagating high-temperature synthesis of po-rous Ti3SiC2. Modern Applied Science. 2015;9(3):17–24. http://dx.doi.org/10.5539/mas.v9n3p17

Колсанов А.В.,Николаенко А.Н., Иванов В.В., Приходько С.А., Платонов П.В. Опре-деление биосовместимости и цитотоксично-сти пористых материалов на основе титана в эксперименте. Наука и инновации в меди-цине. 2017;3(7):18–22. http://dx.doi.org/10.35693/2500-1388-2017-0-3-18-22

Загрузки

Опубликован

30.12.2023

Как цитировать

Давыдов, Д. М. ., Амосов, А. П. ., Латухин, Е. И. ., Умеров, Э. Р. ., & Новиков, В. А. . (2023). ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ КАРКАСОВ МАХ-ФАЗ Ti3AlC2И Ti3SiC2, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ СВС НА ВОЗДУХЕ И В ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКЕ ИЗ ПЕСКА. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(4), 88–97. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-88-97

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение