vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2026-2(56)-84-88vsgiu-955Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКА КАРБИДА ВАНАДИЯ КАЛЬЦИЕТЕРМИЧЕСКИМ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИМСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ СИНТЕЗОМSYNTHESIS OF VANADIUM CARBIDE POWDER VIA CALCIUM-THERMIC SELF-PROPAGATING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIShttps://orcid.org/0000-0002-8844-8752БраверманБорис ШулевичBravermanBoris Sh.

к.т.н., научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов

 

Cand. Sci. (Eng.), researcher at the Laboratory of Functional Ceramic Materials

bbraverman@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0008-5716-5670АврамчикАлександр НиколаевичAvramchikAlexander N.

ведущий инженер лаборатории функциональных керамических материалов

leading engineer of the Labo-ratory of Functional Ceramic Materials

avran111@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6068-4817ШкодаОльга АлександровнаShkodaOlga A.

к.т.н., старший научный сотрудник Лаборатории функциональных керамических материалов

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Laboratory of Functional Ceramic Materials

Caryll@yandex.ruТомский научный центр Сибирского отделения Российской академии наукРоссияTomsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202630062026028488Copyright © Браверман Б., Аврамчик А., Шкода О., 20262026Браверман Б., Аврамчик А., Шкода О.Braverman B., Avramchik A., Shkoda O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/955

Карбиды переходных металлов обладают сочетанием тугоплавкости, высокой твердости, химической инертности и электропроводности, что делает их незаменимыми материалами для современной промышленности и наукоемких технологий. Карбиды ванадия занимают среди них особое место, являясь ключевым компонентом износостойких покрытий режущего инструмента и легирующих добавок для высокопрочных сталей. Несмотря на разнообразие методов синтеза, наиболее перспективными для крупномасштабного производства остаются процессы, основанные на восстановлении оксидов активными металлами (Mg, Ca). Применение металлотермии позволяет реализовать реакцию в режиме горения, обеспечивая значительное сокращение энергозатрат и времени синтеза. Представлены результаты одностадийного синтеза карбида ванадия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе V2O5 – C – Ca. Проведены прямые измерения температур горения, подтверждающие высокую экзотермичность процесса. Показана эффективность кислотной очистки продуктов синтеза, позволившая выделить однофазный порошок карбида ванадия V6C5. При помощи методов рентгенофазового анализа и ультразвуковой лазерной дифракции установлены фазовый состав и дисперсионные характеристики полученных порошков. Выявлена закономерность, согласно которой содержание примесного кислорода коррелирует увеличение размера частиц порошка. Полученные результаты доказывают возможность формирования фазы карбида ванадия в одну стадию, что открывает широкие перспективы для их использования в функциональных материалах и энергетических устройствах. 

Transition metal carbides have a combination of refractory, high hardness, chemical inertia and electrical conductivity, which makes them indispensable materials for modern industry and high-tech technologies. Vanadium carbides occupy a special place among them, being a key component of wear-resistant coatings of cutting tools and alloying additives for high-strength steels. Despite the variety of synthesis methods, processes based on the reduction of oxides with active metals (Mg, Ca) remain the most promising for large-scale production. The use of metallothermy makes it possible to realize the reaction in gorenje mode, providing a significant reduction in energy consumption and synthesis time. The results of single-stage synthesis of vanadium carbide by self-propagating high-temperature synthesis in the V2O5 ‒ C ‒Ca system are presented. Direct measurements of gorenje temperatures have been carried out, confirming the high exothermicity of the process. The effectiveness of acid purification of synthesis products is shown, which made it possible to isolate a single-phase vanadium carbide powder V6C5. Using the methods of X-ray phase analysis and ultrasonic laser diffraction, the phase composition and dispersion characteristics of the obtained powders were determined. A pattern has been revealed according to which the content of impurity oxygen correlates with an increase in the size of powder particles. The results obtained prove the possibility of forming a vanadium carbide phase in one stage, which opens up broad prospects for their use in functional materials and energy devices.

карбид ванадияуглеродкальцийсамораспространяющийся высокотемпературный синтезкальциетермиягорениерентгенофазовый анализфазовый составvanadium carbidecarboncalciumself-propagating high-temperature synthesiscalciumthermycombustionX-ray phase analysisphase compositionРабота выполнена в рамках государственного задания ТНЦ СО РАН.The work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.ReferencesYang X.H., Wang K.F., Zhang G.H., Chou K.C. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2022;109:105982.Yang X.H., Wang K.F., Zhang G.H., Chou K.C. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2022;109:105982.https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105982https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105982Крутский Ю.Л., Гудыма Т.С., Кучумова И.Д., Хабиров Р.Р., Антропова К.А. Карбиды некоторых переходных металлов. свойства, области применения и методы получения. Часть 1. Карбиды титана и ванадия (обзор). Известия вузов. Черная металлургия. 2022;65(5):305–322. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-5-305-322Krutskii YU.L., Gudyma T.S., Kuchumova I.D., Khabirov R.R., Antropova K.A. Carbides of some transition metals. properties, applica-tions, and production methods. Part 1. Carbides of titanium and vanadium (review). Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 2022;65(5):305–322. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-5-305-322Курлов А.С. Взаимосвязь пикнометриче-ской плотности и удельной поверхности нанокристаллических порошков VCy. Неорганические материалы. 2019;55(3):249‒256.Kurlov A.S. The relationship between the pycnometric density and specific surface area of nanocrystalline powders VCy. Neorganicheskie materialy. 2019;55(3):249‒256.https://doi.org/10.1134/S0002337X19030126https://doi.org/10.1134/S0002337X19030126Jing Wan, Congcong Wang, Qian Tang, Xiao Gu Mingquan He. RSC Advances. 2019;9:37467. https://doi.org/10.1039/c9ra06539cJing Wan, Congcong Wang, Qian Tang, Xiao Gu Mingquan He. RSC Advances. 2019;9:37467. (In Russ.).Qingmin Shan, Xinpeng Mu, Mohamed Alhabeb, et al. Electrochemistry Communications, 2018;96:103‒107.https://doi.org/10.1039/c9ra06539chttps://doi.org/10.1016/j.elecom.2018.10.012Qingmin Shan, Xinpeng Mu, Mohamed Alhabeb, et al. Electrochemistry Communications, 2018;96:103‒107.Wang B., Wang Z., Yin Z., Yuan J., Jia J. Preparation and properties of the VC/Cr3C2/TaC doped ultrafine WC-Co tool material by spark plasma sintering. J. Alloys Compd. 2020;816:52598. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152598https://doi.org/10.1016/j.elecom.2018.10.012Курлов А.С., Ремпель А.А. Влияние размера наночастиц на температуру спекания, плотность и микротвердость сплавов WC с Co (8 мас. %). Неорганические материалы. 2009;45(4):428–433. EDN: KZYMADWang B., Wang Z., Yin Z., Yuan J., Jia J. Preparation and properties of the VC/Cr3C2/TaC doped ultrafine WC-Co tool material by spark plasma sintering. J. Alloys Compd. 2020;816:52598. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152598Липатников В.Н., Гусев А.И. Упорядочение в карбидах титана и ванадия. Екатеринбург: УрО РАН, 2000:263.Kurlov A.S., Rempel' A.A. Influence of nanoparticle size on sintering temperature, density and microhardness of WC ‒ Co alloys (8 wt. %). Neorganicheskie materialy. 2009;45(4):428–433. (In Russ.). EDN: KZYMADYong Pan, Zhujia Tian, Lirong Xu. Unveiling the structural, hardness, elastic and thermodynamic properties of V ‒ C carbides for high-temperature applications Journal of Alloys and Compounds. 2026;1056:186634.Lipatnikov V.N., Gusev A.I. Ordering in titanium and vanadium carbides. Yekaterinburg: UrO RAN, 2000:263. (In Russ.).https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.186634Yong Pan, Zhujia Tian, Lirong Xu. Unveiling the structural, hardness, elastic and thermodynamic properties of V ‒ C carbides for high-temperature applications Journal of Alloys and Compounds. 2026;1056:186634.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.186634https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.186634

The authors declare that there are no conflicts of interest present.