Preview

Вестник Сибирского государственного индустриального университета

Расширенный поиск

ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ КАРКАСОВ МАХ-ФАЗ Ti3AlC2 И Ti3SiC2, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ СВС НА ВОЗДУХЕ И В ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКЕ ИЗ ПЕСКА

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

Аннотация

Рассматривается простой и недорогой способ синтеза пористых каркасов МАХ-фаз Ti3SiC2 и Ti3AlC2 методом 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 у образцов одинаковая пористость порядка 50 – 60 %, открытая пористость составляет около 40 %. Средний размер пор колеблется от 10 до 350 мкм. Микроструктура пористых каркасов Ti3SiC2 и Ti3AlC2 представляет собой характерные разнонаправленные блоки пластин МАХ-фаз, а также незначительное количество равноосных частиц TiC, окруженных однородной фазой TiSi или TiAl соответственно. 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 – TiSi в каркасе Ti3SiC2 и TiC – TiAl в 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.

Об авторах

Денис Михайлович Давыдов
Самарский государственный технический университет
Россия

аспирант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов



Александр Петрович Амосов
Самарский государственный технический университет
Россия

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



Евгений Иванович Латухин
Самарский государственный технический университет
Россия

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



Эмиль Ринатович Умеров
Самарский государственный технический университет
Россия

 аспирант кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов



Владислав Александрович Новиков
Самарский государственный технический университет
Россия

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



Список литературы

1. Белов С.В. Пористые материалы в машиностроении. Москва: Машиностроение, 1981:184.

2. 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

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

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

5. 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

6. Velasco B., Gordo E., Hu L., Radovic M., Tsipas S.A. Influence of porosity on elastic properties of Ti2AlC and Ti3SiC2 MAX phase foams. Journal of Alloys and Compounds. 2018;764:24–35. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.027

7. Sun Z., Liang Y., Li M., Zhou Y. Preparation of reticulated MAX phase support with morphology-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

8. 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

9. 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. Journal of the European Ceramic Society. 2018;38(10):3424–3432. http://dx.doi.org/10. 1016/j.jeurceramsoc.2018.04.012

10. Elsayed H., Chmielarz A., Potoczek M., Fey T., Colombo P. Direct ink writing of three dimensional Ti2AlC porous structures. Additive Manufacturing. 2019;28:365–372. https://doi.org/ 10.1016/j.addma.2019.05.018

11. Tan Q., Zhuang W., Attia M., Djugum R., Zhang M. Recent progress in additive manufacturing of bulk MAX phase components: A review. Journal of Materials Science & Technology. 2022;131:30–47. https://doi.org/10. 1016/j.jmst.2022.05.026

12. 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

13. Krotkevich D.G., Kashkarov E.B., Mingazova Y.R., Lider A.M., Travitzky N. Fabrication of Max Phase-Based Gradient Porous Materials from Preceramic Paper. Russian Physics Journal. 2023;65:2186–2192. https://doi.org/10. 1007/s11182-023-02888-2

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

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

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

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

18. Latukhin E.I., Umerov E.R., Amosov A.P. Preparation of Ti3AlC2–Al Cermets by Com-bined Use of SHS of Ti3AlC2 Porous 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

19. Umerov E.R., Latukhin E.I., Amosov A.P., Kichaev P.E. Preparation of Ti3SiC2–Sn(Pb) Cermet by SHS of Ti3SiC2 Porous 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

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

21. Ковалев Д.Ю. Динамическая рентгеногра-фия материалообразующих процессов горения. Автореф. докт. дис. Черноголовка. 2020:44.

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

23. Давыдов Д.М., Умеров Э.Р., Латухин Е.И., Амосов А.П. Влияние элементного порошкового сырья на формирование пористого каркаса МАХ-фазы Ti3AlC2 при получении методом СВС. Вектор науки ТГУ. 2021;(3):37–47. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-37-47

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

25. 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 porous Ti3SiC2. Modern Applied Science. 2015;9(3):17–24. http://dx.doi.org/10.5539/ mas.v9n3p17

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


Рецензия

Для цитирования:


Давыдов Д.М., Амосов А.П., Латухин Е.И., Умеров Э.Р., Новиков В.А. ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ КАРКАСОВ МАХ-ФАЗ Ti3AlC2 И Ti3SiC2, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ СВС НА ВОЗДУХЕ И В ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКЕ ИЗ ПЕСКА. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2023;(4):88-97. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-88-97

For citation:


Davydov D., Amosov A., Latukhin E., Umerov E., Novikov V. FEATURES OF THE COMPOSITION AND MICROSTRUCTURE OF POROUS SKELETONS OF MAX-PHASES TI3ALC2 AND TI3SIC2 PRODUCED BY SHS METHOD IN AIR AND IN A PROTECTIVE SHELL OF SAND. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2023;(4):88-97. (In Russ.) https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-88-97

Просмотров: 20


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2304 - 4497 (Print)
ISSN 2307-1710 (Online)