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