CC BY
22ПОЛУЧЕНИЕ СЛОИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Ti/Ti-Al-C МЕТОДОМ СВОБОДНОГО СВС-
СЖАТИЯ
Прокопец А.Д. аспирант, Бажин П.М., Столин А.М., Аверичев О.А.,
Столин П.А., Семичев С.В.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения
им. А.Г. Мержанова Российской академии наук, Черноголовка,
arina@ism. ac. ru
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10007
Наиболее перспективным классом композиционных материалов является слоистые композиционные материалы на основе МАХ-фазы. Данные материалы сочетают в себе свойства металлов (высокая тепло- и электропроводимость, стойкость к тепловым ударам) и керамики (низкий удельный вес, высокий модуль упругости, низкий тепловой коэффициент расширения, высокая тепло- и жаростойкость) [1].
В настоящей работе получение слоистых керамических материалов (СКМ) осуществлялось методом свободного СВС-сжатия. Сущность этого метода заключается в уплотнении и формовании материала под действием постоянного невысокого давления (~10-100 МПа). К преимуществам этого метода можно отнести использование наиболее благоприятной схемы напряженного состояния и сдвигового пластического деформирования материала, способствующие к "залечиванию" макротрещин и пор в деформированном материале. Следует отметить также еще одно преимущество метода СВС-сжатия. Обычно, при СВС-компактировании используются специальные пресс-формы, которые должны выдерживать достаточно высокие давления (~1000 МПа) и высокие тепловые нагрузки (Т~2000 К). Метод СВС-сжатия предусматривает возможность уплотнения без применения специальных пресс-форм [2].
В настоящей работе получен СКМ на основе МАХ-фазы исходного состава 2Ti-1,5Al-1C на титановой подложке методом свободного СВС-сжатия. Выбранные компоненты обеспечивают хорошую химическую совместимость за счет расплавления поверхности подложки в ходе синтеза и взаимодействия ее с продуктами синтеза. В работе проведено изучение формирования границы раздела между слоями, поскольку влияние на свойства всего композиционного материала оказывает стабильность химического состава и структура границы раздела при условиях эксплуатации: температура, давление и внешняя нагрузка.
Получение слоистого композиционного материала исходного состава 2Т1-1,5Л1-1С методом СВС-сжатия осуществлялось при следующих технологических параметрах: время задержки 1 с, давление 10 МПа, температура нагрева заготовки 500 °С, температура нагрева подложки 500 °С.
На рисунке 1 представлен общий вид структуры полученного слоистого керамического материала.
Ш
11, г„
МОип ЕЖ1ЮТ 1таф§ 1
Рис. 1. Микроструктура слоистого керамического материала на основе
Т1/Т1-Л1-С.
Установлено, что данный СКМ состоит из трех основных макрослоев, соответствующих различным фазовым и структурным составляющим.
Первый слой (область 1, рисунок 1) представляет собой материал, содержащий включения характерной пластинчатой формы для МАХ-фаз состава Т1-Л1-С.
Рис. 2. Результаты рентгенофазового анализа верхней части синтезированного
материала.
33
Согласно рентгенофазовому анализу (РФА) (рисунок 2) в результате синтеза образуется два стехиометрических состава МАХ-фазы: Т^Л1С2 (60 масс. %) и Т2А1С (10 масс.%). Помимо МАХ-фазы обнаружены округлые зерна ТЮ (20 масс. %) и интерметаллидные фазы алюминида титана Т^Л1п и ^А13 (10 масс.%).
Второй слой (область 2, рисунок 1) представляет собой переходную зону между синтезированным материалом и титановой подложкой, включает в себя матрицу из алюминида титана с распределением в ней зерен МАХ-фазы.
Третий слой (область 3, рисунок 1) представляет собой титановую подложку.
Исследование структуры состава 2Ть1,5Л1-С, проведенное с помощью сканирующей электронной микроскопии, показало слоистый характер материала, состоящий из трех основных слоев, имеющих различный состав. В верхних частях материала наблюдается преобладание карбидных зерен за счет контакта верхней части исходной заготовки с плунжером пресса, в следствие этого увеличиваются теплопотери при сжатии, и уменьшается время нахождения синтезированного материала при температуре образования МАХ-фаз, которая составляет 1350...1500 °С. Для ниже расположенных слоев теплопотери снижаются, что приводит к увеличению времени нахождения синтезированного материала при температуре образования МАХ-фазы, в результате увеличивается доля МАХ-фазы в материале и снижаются карбидные и интерметаллидные включения.
Список литературы:
1. Прихна Т.А., Дуб С.Н., Старостина А.В., Карпец М.В., Кабьеш Т., Шартье П. Механические свойства материалов на основе МАХ-фаз системы Т^Л1-С. Сверхтвердые материалы, 2012. № 2. 38-48 с.
2. Столин А.М., Бажин П.М., Константинов А.С., Столин П.А., Прокопец А.Д., Ковалев И.Д. Метод свободного СВС-сжатия для получения крупногабаритных плит из керамических материалов. Новые огнеупоры, 2019, №. 5. С. 100-103.
