Самораспространяющийся высокотемпературный синтез высокоэнтропийных карбидов и боридов: особенности горения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В последнее время появляются работы, посвященные получению и исследованию высокоэнтропийной керамики, в частности высокоэнтропийных карбидов и боридов. Предполагается, что свойства ВЭК благодаря искаженности кристаллической структуры будут превосходить свойства одно- или двухкомпонентных боридов и карбидов. В работе исследовано влияние соотношения компонентов и поджатия образцов на скорость их горения и удлинение, морфологию и фазовый состав продуктов синтеза в системе х(Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+5С)+(1 – х)(Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+10В). С увеличением в составе смесей содержания бора, скорость горения образцов возрастала. Обнаружено существенное влияние примесного газовыделения на процесс горения образцов. Скорость горения поджатых образцов значительно возросла. Удлинение образцов возрастало при увеличении содержания углерода в составе смеси. Из-за значительного удлинения продукты синтеза обладали высокой пористостью, из них легко получались порошки. Методом ренгенофазового анализа в составе продуктов горения смеси Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+10B зафиксированы рефлексы высокоэнтропийного диборида [Ti, Hf, Zr, Nb, Ta]B2. В составе продуктов синтеза смеси Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+5C идентифицированы три многоэлементных карбида: средне энтропийный [Ti, Hf, Ta]С и два высокоэнтропийных – [Ti, Hf, Zr, Ta]С и [Ti, Hf, Zr, Nb,Ta]С. Продукты горения смеси 50%(Ti+Hf+ +Zr+Nb+Ta+5C)+50%(Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+10B) содержат в составе пять многоэлементных высокоэнтропийных фаз: два диборида и три карбида на основе твердых растворов металлов. В данной работе впервые методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получена высокоэнторопийная керамика, содержащая в составе высокоэнтропийные карбиды и бориды. Метод СВС позволяет осуществлять синтез в одну стадию, варьируя состав продуктов. Результаты работы могут быть использованы при получении высокоэнтропийной керамики в системе х(Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+5С)+(1 - х)(Ti+Hf+Zr+Nb+Ta+10В).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Кочетов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kolyan_kochetov@mail.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Сычев А. Е., Вадченко С.Г., Щукин А.С. и д.р. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 69. https://doi.org/10.31857/S0207401X22010150
  2. Вадченко С.Г., Алымов М.И. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 22. https://doi.org/10.31857/S0207401X2203013X
  3. Basu B., Raju G.B., Suri A.K. // Intern. Mater. Rev. 2006. V. 51. № 6. P. 352. https://doi.org/10.1179/174328006X102529
  4. Vallauri D., Atías Adrián I.C., Chrysanthou A. // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. № 8. P. 1697. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.11.011
  5. Rogachev A. S., Mukasyan A. S. Combustion for Material Synthesis. N. Y.: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015.
  6. Fahrenholtz W.E., Greg E., Hilmas G.E. // Scripta Mater. 2017. V. 129. P. 94. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2016.10.018
  7. Акопян А.Г., Долуханян С.К., Боровинская И.П. // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14. № 3. С. 70.
  8. Боровинская И.П., Мержанов А.Г., Новиков Н.П. и др. // Там же. 1974. Т. 10. № 1. C. 3.
  9. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P. et al. // Mater. Sci. Eng., A. 2004. V. 375. P. 213. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
  10. Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Щукин А.С. и др. // Изв. вузов. Порошк. металлургия и фукц. покрытия. 2018. № 2. С. 35. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-2-35-42
  11. Rogachev A.S., Fourmont А., Kovalev D.Yu. et al. // Powder Techn. 2022. V. 399. 117187. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.117187
  12. Zhang Z., Sheng H., Wang Z. et al. // Nat. Commun. 2017. V. 8. 14390. P. 1. https://doi.org/10.1038/ncomms14390
  13. Laplanche G., Kostka A., Reinhart C. et al. // Acta Mater. 2017. V.128. P. 292. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.02.036
  14. Braic V., Vladescu A., Balaceanu M. et al. // Surf. Coat. Technol. 2012. V. 211. P. 117. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.09.033
  15. Yan X, Constantin L., Lu Y.F. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. №. 10. P. 4486. https://doi.org/10.1111/jace.15779
  16. Moskovskikh D.O., Vorotilo S., Sedegov A.S. et al. // Ceram. Intern. 2020. V. 46. P. 19008. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.230.
  17. Kovalev D. Yu, Kochetov N.A., Chuev I.I. // Ibid. 2021. V. 47. P. 32626. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.158.
  18. Кочетов Н.А., Ковалев И.Д. // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2022. Т. 16. №. 4. С. 58. https://doi.org/dx.doi.org/10.17073/1997-308X-2022- 4-58-66
  19. Tallarita G., Roberta Licheri R., Garroni S. et al. // Scripta Mater. 2019. V. 158. P. 100. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.08.039
  20. Gild J., Zhang Y., Harrington T. et al. // Scientific Rep. 2016. V. 6. 37946. https://doi.org/10.1038/srep37946
  21. Liu D., Wen T., Ye B., Chu Y. // Scripta Materialia. 2019. V. 167. P. 110. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.03.038
  22. Kochetov N.A., Rogachev A.S., Kovalev I.D., Vadchenko S.G. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2021. V. 30. №. 4. P. 223. https://doi.org/10.3103/S106138622104004X
  23. Mayrhofer P.H., Kirnbauer A., Ertelthaler P., Kolle C.M. // Scripta Mater. 2018. V. 149. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.02.008
  24. Qin M., Gild J., Hu Ch. et al. // J. Europ. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 15. P. 5037. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.05.040
  25. Moshtaghioun B. M., Gomez-Garcia D., Dominguez-Rodriguez A., Todd R.I. // J. Europ. Ceram. Soc. 2016. V. 36. № 7. P. 1829. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.01.017
  26. Krell A., Blank P. // J. Amer. Ceram. Soc. 1995. V. 78. № 4. P. 1118. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1995.tb08452.x
  27. Кочетов Н.А. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 7. С. 39. https://doi.org/10.31857/S0207401X2207007X
  28. Кочетов Н.А., Сеплярский Б.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 23. https://doi.org/10.31857/S0207401X23030081
  29. Кочетов Н.А., Сеплярский Б.С. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С.42. https://doi.org/10.31857/S0207401X22010071
  30. Шкиро В. М., Нерсисян Г.А., Боровинская И.П. // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14. № 4. С. 58.
  31. Kecskes L. J., Niiler A. // J. Amer. Ceram. Soc. 1989. V. 72. № 4. P. 655. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1989.tb06190.x
  32. Щербаков В. А., Сычев А.Е., Штейнберг А.С. // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 22. № 4. С. 55.
  33. Kamynina O.K., Rogachev A.S., Sytschev A.E. et al. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2004. V. 13, № 3. P. 193.
  34. Камынина О.К., Рогачев А.С., Умаров Л.М. // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 5. С. 69.
  35. Вершинников В.И., Филоненко А.К. // Там же. 1978. Т. 39.Т. 14. № 5. С. 42.
  36. Сеплярский Б.С. // Докл. РАН. 2004. Т.396. № 5. С. 640.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость скорости горения свободно удлиняющихся (■, сплошная линия) – и поджатых образцов (○, штриховая линия) от содержания в составе смесей 5Me+5C.

Скачать (28KB)
Метаданные
3. Рис 2. Фотографии продуктов синтеза образцов, спрессованных из следующих смесей: а – 5Me+10B, б – 25%(5Me + + 5C) + 75%(5Me + 10B), в – 50% (5Me + 5С) + 50%((5Me + 10B), г – 75%(5Me + 5С) + 25%(5Me + 10B), д – 5Me +5С.

Скачать (318KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость относительного удлинения образцов в процессе синтеза от содержания в составе смесей 5Me+5C.

Скачать (25KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотография продуктов синтеза поджатых образцов (для исключения их удлинения), спрессованных из следующих смесей: 1 – 5Me + 5C, 2 – 75%(5Me + 5C) + 25%(5Me + 10B), 3 – 50%(5Me + 5C) + 50%(5Me + 10B), 4 – 25%(5Me+5C) + 75%(5Me + 10B), 5 – 5Me + 10B.

Скачать (206KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты рентгенофазового анализа продуктов синтеза смесей 5Me+10B, 50%(5Me+5C)+50%(5Me+10B), 5Me+5C. Обозначения рефлекса следующие: 1, 2, 3, 5, 6, 8 – карбидные фазы на основе твердых растворов металлов; 4, 7, 9 – дибориды на основе твердых растворов металлов; 10 – TaB2, 11 – NbB2.

Скачать (75KB)
Метаданные
7. Рис 6. Микроструктура продуктов горения образца из смеси 5Me+5C.

Скачать (90KB)
Метаданные
8. Рис 7. Микроструктура продуктов горения образца из смеси 50%(5Me+5C)+50%(5Me+10B).

Скачать (165KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».