Консолидация механохимически полученного композита HfC/Fe

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии изучены продукты механохимического синтеза в порошковой эквимолярной смеси α-Hf с C (сажа) и спеченные материалы на их основе. Установлено, что в условиях высокоэнергетической механической обработки в стальных барабанах планетарной шаровой мельницы АГО-2 в течение 8 мин формируется композит HfC/Fe. В интервале 8‒12 мин механической активации в результате процессов вторичного структурообразования формируется наноструктурированный нестехиометрический карбид HfC0.71. Размер частиц механосинтезированного HfC менее 100 нм, размеры кристаллитов 16‒18 нм. Количество определяемого намола Fe в смеси достигает 7.5 ± 0.5 мас%. Механосинтезированный композит HfC/Fe консолидирован методом быстрого спекания при температуре 1500 ± 30°С и давлении 2 ГПа за 60 c, плотность спеченного материала составляет 96%. Материал имеет структуру твердого сплава HfC0.71 и связки на основе Fe. Зерна HfC0.71 имеют округлую форму размером 3‒19 мкм. В зернах HfC0.71 присутствуют сферические включения HfO2 (~3%) размером 0.7‒1.9 мкм. Микротвердость композита варьируется в интервале значений HV0.2 1241‒1465.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Татьяна Григорьева

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Autor responsável pela correspondência
Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID ID: 0000-0002-7264-0862

д.х.н.

Rússia, 630090, г. Новосибирск, ул. Кутателадзе, д. 18

Светлана Ковалева

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID ID: 0000-0001-7526-5044

к.т.н.

Belarus, 220072, г. Минск, ул. Академическая, д. 12

Евгения Девяткина

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID ID: 0000-0002-9900-5455
Rússia, 630090, г. Новосибирск, ул. Кутателадзе, д. 18

Сергей Восмериков

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID ID: 0000-0003-3598-4292
Rússia, 630090, г. Новосибирск, ул. Кутателадзе, д. 18

Виктор Жорник

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID ID: 0000-0002-5915-0105

д.т.н., проф.

Belarus, 220072, г. Минск, ул. Академическая, д. 12

Bibliografia

  1. Wuchina E., Opila E., Opeka M., Fahrenholtz W., Talmy I. UHTCs: Ultra-high temperature ceramic materials for extreme environment applications // Electrochem. Soc. Interface. 2007. V. 16. N 4. P. 30‒36. https://doi.org/10.1149/2.F04074IF
  2. Житнюк С. В. Бескислородные керамические материалы для аэрокосмической техники (обзор) // Тр. ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2018. № 8 (68). C. 81‒88. dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-8-81-88
  3. Okamoto H. The C-Hf (carbon-hafnium) system // Bull. Alloy Phase Diagr. 1990. V. 11. N 4. P. 396‒403. https://doi.org/10.1007/BF02843319
  4. Silvestroni L., Bellosi A., Melandri C., Sciti D., Liu J. X., Zhang G. J. Microstructure and properties of HfC and TaC-based ceramics obtained by ultrafine powder // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. N 4. P. 619‒627. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.10.036
  5. Ren Zh. Review of HfC x and HfC x based composites since 1960s: Non-stoichiometric characteristic, powder synthetic methods, and mechanical, physical, anti-oxidation properties improvements with evolved sintering methods. Department of Materials Science and Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, OH, 44106, USA. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.24027.11045
  6. Wuchina E., Opeka M., Causey S., Buesking K., Spain J., Cull A., Routbort J., Guitierrez-Mora F. Designing for ultrahigh-temperature applications: The mechanical and thermal properties of HfB 2 , HfC x , HfN x , and alpha Hf(N) // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. N 19. P. 5939‒5949. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000041690.06117.34
  7. Blum Y. D., Marschall J., Hui D., Adair B., Vestel M. Hafnium reactivity with boron and carbon sources under non-self-propagating high-temperature synthesis conditions // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. N 5. P. 1481‒1488. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02329.x
  8. Sciti D., Silvestroni L., Bellosi A. High-density pressureless-sintered HfC-based composites // J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89. N 8. P. 2668‒2670. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01109.x
  9. Opeka M. M., Talmy I. G., Wuchina E. J., Zaykoski J. A., Causey S. J. Mechanical, thermal, and oxidation properties of refractory hafnium and zirconium compounds // J. Eur. Ceram. Soc. 1999. V. 19. N 13‒14. P. 2405‒2414. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(99)00129-6
  10. Hulbert D. M., Anders A., Dudina D. V., Andersson J., Jiang D., Unuvar C., Anselmi-Tamburini U., Lavernia E. J., Mukherjee A. K. The absence of plasma in «spark plasma sintering» // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. N 3. ID 033305. https://doi.org/10.1063/1.2963701
  11. Munir Z. A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. N 3. P. 763‒777. https://doi.org/10.1007/s10853-006-6555-2
  12. Sun S. K., Zhang G. J., Wu W. W., Liu J. X., Suzuki T., Sakka Y. Reactive spark plasma sintering of ZrC and HfC ceramics with fine microstructures // Scripta Mater. 2013. V. 69. N 2. P. 139‒142. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2013.02.017
  13. Deidda C., Doppiu S., Monagheddu M., Cocco G. A direct view of self combustion behaviour of the TiC system under milling // J. Metast. Nanocryst. Mater. 2003. V. 15–16. P. 215‒220. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JMNM.15-16.215
  14. Deidda C., Delogu F., Cocco G. In situ characterisation of mechanically-induced self-propagating reactions // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. N 16–17. P. 5315‒5318. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000039236.48464.8f
  15. Lyakhov N., Grigoreva T., Šepelák V., Tolochko B., Ancharov A., Vosmerikov S., Devyatkina E., Udalova Т., Petrova S. Rapid mechanochemical synthesis of titanium and hafnium carbides // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. Iss. 19. P. 13584‒13591. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2450-x
  16. Григорьева Т. Ф., Баринова А. П., Ляхов Н. З. Механохимический синтез в металлических системах. Новосибирск: Параллель, 2008. C. 43‒47.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Microstructure of HfC powder agglomerates, mechanochemically synthesized for 12 min.

Baixar (341KB)
Metadados
3. Fig. 2. Diffraction pattern of material sintered from mechanochemically synthesized HfC/Fe composite.

Baixar (70KB)
Metadados
4. Fig. 3. Micrographs of particles of material sintered from mechanochemically synthesized HfC.

Baixar (311KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024