Консолидация механохимически полученного композита HfC/Fe

Татьяна Федоровна Григорьева; Григорьева Татьяна Федоровна; Светлана Анатольевна Ковалева; Ковалева Светлана Анатольевна; Евгения Тимофеевна Девяткина; Девяткина Евгения Тимофеевна; Сергей Владимирович Восмериков; Восмериков Сергей Владимирович; Виктор Иванович Жорник; Жорник Виктор Иванович

doi:10.31857/S0044461824050050

Консолидация механохимически полученного композита HfC/Fe

Авторы: Григорьева Т.Ф.¹, Ковалева С.А.², Девяткина Е.Т.¹, Восмериков С.В.¹, Жорник В.И.²
Учреждения:
1. Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
2. Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси
Выпуск: Том 97, № 5 (2024)
Страницы: 395-400
Раздел: Композиционные материалы
URL: https://ogarev-online.ru/0044-4618/article/view/272592
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461824050050
EDN: https://elibrary.ru/ITWRXB
ID: 272592

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

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 HfC_0.71. 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 HfC_0.71 и связки на основе Fe. Зерна HfC_0.71 имеют округлую форму размером 3‒19 мкм. В зернах HfC_0.71 присутствуют сферические включения HfO₂ (~3%) размером 0.7‒1.9 мкм. Микротвердость композита варьируется в интервале значений HV_0.2 1241‒1465.

Ключевые слова

гафний, карбид гафния, механохимический синтез, механокомпозиты, Field Assisted Sintering Technology, FAST

Полный текст

Об авторах

Татьяна Федоровна Григорьева

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-7264-0862

д.х.н.

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

Светлана Анатольевна Ковалева

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

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

к.т.н.

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

Евгения Тимофеевна Девяткина

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

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

Сергей Владимирович Восмериков

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

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

Виктор Иванович Жорник

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

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

д.т.н., проф.

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

Список литературы

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Григорьева Т. Ф., Баринова А. П., Ляхов Н. З. Механохимический синтез в металлических системах. Новосибирск: Параллель, 2008. C. 43‒47.