Microstructure and deformation behavior of novel metal–ceramic laminated composites Ta/Ti3Al(Si)C2–TiC

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

New metal–ceramic laminated composites Ta/Ti3Al(Si)C2–TiC were obtained by spark plasma sintering. The samples were synthesized at a temperature of 1250°C and a pressure of 50 MPa for 5 min. For the formation of composites, preceramic paper with a powder filler based on the MAX phase Ti3Al(Si)C2, as well as and metal foils made of tantalum, were used. The phase composition, microstructure and elemental composition were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy, respectively. It was found that as a result of sintering, dense multilayer composites were formed, consisting of tantalum metal layers, ceramic layers containing Ti3Al(Si)C2, TiC and Al2O3 phases, as well as reaction layers ~13 μm thick at the metal–ceramic interface, enriched with Ta, Al and Si. Based on mechanical test data, the ultimate bending strength of the obtained composites was determined (σbs = ~430 MPa). Metal–ceramic laminated composites with a refractory tantalum layer were shown to exhibit a ductile fracture mechanism, accompanied by a more than fourfold increase in absolute deformation compared to a Ti3Al(Si)C2-based ceramic composite. This is achieved due to deflection, branching of cracks at the metal–ceramic interface and plastic deformation of tantalum layers.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

A. Abdulmenova

National Research Tomsk Polytechnic University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: ava75@tpu.ru
Ресей, Tomsk, 634050

E. Kashkarov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: egor_kashkarov@mail.ru
Ресей, Tomsk, 634050

D. Krotkevich

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: ava75@tpu.ru
Ресей, Tomsk, 634050

N. Travitzky

Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen–Nürnberg

Email: ava75@tpu.ru

Department of Materials Science, Glass and Ceramics

Германия, Erlangen, 91054

Әдебиет тізімі

  1. Medvedovski E. // Wear. 2001. V. 249. № 9. P. 821. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(01)00820-1
  2. Joshua P. // Mechanical Properties of Ceramics. Canada: Springer, 2014. P. 782. https://doi.org/10.1007/978-3-319-04492-7
  3. Munz D., Fett T. // Ceramics: Mechanical Properties, Failure Behaviour, Materials Selection. New York: Springer, 1999. P. 299. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58407-7
  4. Shvydyuk K.O., Nunes-Pereira J., Rodrigues F.F., Silva A.P. // Ceramics. 2023. V. 6. P. 195. https://doi.org/10.3390/ceramics6010012
  5. Cramer C.L., Ionescu E., Graczyk-Zajac M., Nelson A.T., Katoh Y., Haslam J.J., Wondraczek L., Aguirre T.G., LeBlanc S., Wang H., Masoudi M., Tegeler E., Riedel R., Colombo R., Minary-Jolandan M. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 7. P. 3049. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.01.058
  6. Chen X., Bei G. // Materials. 2017. V. 10. P. 366. https://doi.org/10.3390/ma10040366
  7. Sun Z.M. // Int. Mater. Rev. 2011. V. 56. № 3. P. 143. https://doi.org/10.1179/1743280410Y.0000000001
  8. Eklund P., Beckers M., Jansson U., Högberg H., Hultman L. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 8. P. 1851. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.07.184
  9. Lei X., Lin N. // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2022. V. 47. № 5. P. 736. https://doi.org/10.1080/10408436.2021.1966384
  10. Barsoum M.W., Radovic M. // Annu. Rev. 2011. V. 41. P. 195. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-062910100448
  11. Hadi M.A. // J. Phys. Chem. Solids. 2020. V. 138. P. 109275. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2019.109275
  12. Gonzalez-Julian J. // J. Am. Ceram. Soc. 2021. V. 104. № 2. P. 659. https://doi.org/10.1111/jace.17544
  13. Basu S., Obando N., Gowdy A., Karaman I., Radovic M. // J. Electrochem. Soc. 2011. V. 159. № 2. P. 90. https://doi.org/10.1149/2.052202jes
  14. Li X., Xie X., Gonzalez-Julian J., Malzbender J., Yang R. // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 15. P. 5258. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.043
  15. Сорокин О.Ю., Кузнецов Б.Ю., Лунегова Ю.В., Ерасов В.С. // Композиционные материалы. 2020. Т. 88. № 4–5. С. 42. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-45-42-53
  16. Xie X., Yang R., Cui Y., Jia Q., Bai C. // J. Mater. Sci. Technol. 2020. V. 38. P. 86. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.05.070
  17. Luo Y.M., Li S.Q., Chen J., Wang R.G., Li J.Q., Pan W. // J. Am. Ceram. Soc. 2002. V. 85. № 12. P. 3099. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00589.x
  18. Lagos M.A., Pellegrini C., Agote I., Azurmendi N., Barcena J., Parco M., Silvestroni L., Zoli L., Sciti D. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. № 9. P. 2824. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.037
  19. He G., Xu J., Zhang Z., Qian Y., Zuo J., Li M., Liu C. // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V. 827. P. 142069. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142069
  20. Ashby M.F., Cebon D. // J. Phys. IV France. 1993. V. 3. № 7. P. 1. https://doi.org/10.1051/jp4:1993701
  21. Wu C., Wang Z., Li Q., Shi G. // J. Asian Ceram. Soc. 2014. V. 2. № 4. P. 322. https://doi.org/10.1016/j.jascer.2014.07.007
  22. Kashkarov E.B., Krotkevich D.G., Abdulmenova A.V., Ivashutenko A.S., Perevislov S.N., Lider A.M., Travitzky N. // Materialia. 2023. V. 27. P. 101673. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2023.101673
  23. Kashkarov E.B., Abdulmenova A.V., Pushilina N.S., Syrtanov M.S., Mingazova Y.R., Nassyrbayev A., Krotkevich D.G., Travitzky N.A. // J. Alloys Compd. 2024. V. 982. P. 173848. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.173848
  24. Chen W.S., Ho H.J., Lin K.Y. // Materials. 2019. V. 12. P. 1220. https://doi.org/10.3390/ma12081220
  25. Laing M. // J. Chem. Educ. 2001. V. 78. № 8. P. 1054. https://doi.org/10.1021/ed078p1054
  26. Lunk H.J., Hartl H. // ChemTexts. 2019. V. 5. № 3. P. 1. https://doi.org/10.1007/s40828-019-0088-1
  27. Krotkevich D.G., Kashkarov E.B., Syrtanov M.S., Murashkina T.L., Lider A.M., Schmiedeke S., Travitzky N. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 9. P. 12221. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.070
  28. Sun X., Han W., Liu Q., Hu P., Hong C. // Mater. Des. 2010. V. 31. № 9. P. 4427.
  29. Knabl W., Leichtfried G., Stickler R. // Refractory Metals and Refractory Metal Alloys. Switzerland: Springer Nature, 2018. P. 307. https://doi.org/10.1007/978-3-319-69743-7

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Diffraction patterns of pre-ceramic paper (1) and the cross-section of the sintered laminated Ta/TAC–TiC composite (2).

Жүктеу (18KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. SEM image of the cross-section of the laminated Ta/TAC–TiC composite. RS – reaction layer.

Жүктеу (24KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. SEM image and corresponding distribution maps of reaction layer elements.

Жүктеу (57KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Stress-strain curves of a monolithic TAC sample (1) and a laminated Ta/TAC–TiC composite (2).

Жүктеу (14KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. SEM images of the cross-section of the fracture surface (a) and the crack propagation region in the laminated Ta/TAC–TiC composite (b).

Жүктеу (40KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

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».