CC BY
12
Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Вып. 5. 2021. Т. 11, № 2. С. 279-281. Transactions Ко1а Science Centre. Chemistry and Materials. Series 5. 2021. Vol. 11, No. 2. P. 279-281.
Научная статья УДК 546.831
D0l:10.37614/2307-5252.2021.2.5.055
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ НИТРИДИЗАЦИЯ ЦИРКОНИЯ,
ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТУГОПЛАВКИХ СТРУКТУР
Сергей Владимирович Шевцов1^, Иван Александрович Ковалев2, Андрей Станиславович Чернявский3
12 3Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
1shevtsov_sv@mail.ru
2vankovalskij@mail.ru
3andreych_01@mail.ru
Аннотация
По результатам выполненных работ установлен характер распределения фаз в получаемом материале, структурные и морфологические отличия слоистой металлокерамической и керамической структуры. Исследован температурный диапазон синтеза нитрида циркония от 1500 до 2400 °С, показана возможность успешного синтеза нитридной керамики обозначенным способом при температурах, значительно превышающих температуру плавления металла. Ключевые слова:
нитрид циркония, керамика, металлокерамика, окислительное конструирование Финансирование
Работа выполнена по государственному заданию № 075-00328-21-00 и поддержана грантом РФФИ 19-03-00983 А. Original article
HIGH-TEMPERATURE NITRIDIZATION OF ZIRCONIUM, PRODUCTION OF CERAMIC AND METAL-CERAMIC REFRACTORY STRUCTURES
Sergey V. Shevtsov1BI, Ivan A. Kovalev2, Andrey S. Chernyavskii3
12 3A. A. Baikov IMET RAS, Moscow, Russia 1shevtsov_sv@mail.ru 2vankovalskij@mail.ru 3andreych_ 01@mail.ru
Abstract
Based on the results of the work performed, the nature of the phase distribution in the resulting material, structural and morphological differences between the layered metal-ceramic and ceramic structures were established. The temperature range of zirconium nitride synthesis from 1500 to 2400° C is investigated, and the possibility of successful synthesis of nitride ceramics by the indicated method at temperatures significantly exceeding the melting point of the metal is shown. Keywords:
zirconium nitride, ceramics, cermets, oxidative construction Funding
This work was performed under Government Assignment No. 075-00328-21-00 and was supported by RFBR grant 19-03-00983 A.
Возможность получения керамических и металлокерамических материалов заданных форм из тугоплавких металлов подгруппы титана была реализована в результате применения подхода окислительного конструирования [1]. Заданная форма исходной металлической заготовки наследуется в конечном керамическом материале на основе нитридов металлов, металлокерамической структуре, на основе твердых растворов в смеси с азотом, нитридной керамики. При этом подобного рода структуры в первую очередь крайне перспективны ввиду возможного сочетания прочностных свойств и стойкости нитридов с пластическими свойствами металлов.
В данной работе использовали фольгу иодидного циркония и газообразный азот классификации ОСЧ. Металлическим образцам придавалась форма лент с размерами: длина 60 мм, поперечное сечение 3^0,5 мм. Используемая установка, процесс синтеза и пробоподготовка детально описаны в работах [1, 2].
Время процесса изменялось от нескольких единиц до нескольких сотен минут. Температура синтеза варьировалась в пределах 1500-2400° С. Прочная нитридная оболочка, формирующаяся
© Шевцов С. В., Ковалев И. А., Чернявский А. С., 2021
на поверхности образцов выше 1000° С (еще при выходе на установленный режим), позволяет осуществлять синтез при температурах, превышающих температуру плавления циркония, при этом форма исходной заготовки не изменяется.
Морфологию поверхности поперечных сколов и локальный элементный состав исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) (LEO 1420, Carl Zeiss с системой энергодисперсионного микроанализа INCA Energy 300, Oxford Instruments). На рис. 1 приведены некоторые возможные фазовые сочетания для металлокерамических (рис. 1, а, б, характерны для области малых времен и низких температур синтеза) и керамических структур (рис. l, в, г, высокие значения времени и температуры процесса).
Если есть возможность контролировать и изменять температурно-временные параметры процесса, то становится реальным формировать структуры различного состава с необходимым соотношением конечных фаз.
РЭМ-изображения поперечных сколов образцов:
а, б — металлокерамика (нитрид циркония / нестехиометричный нитрид / твердый раствор на основе циркония
в центре); в — керамика двух генераций (нитрид циркония / нестехиометричный нитрид в центре); г — керамика
(нитрид циркония)
Список источников
1. Пат. RU2337058. Способ получения нитрида тугоплавкого металла, изделия из него, полученные этим способом, и их применение / Кузнецов К. Б., Солнцев К. А., Чернявский А. С.; Ин-т металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН. 2008.
2. Лабораторная установка для синтеза керамики и металлокерамических композитов методом резистивного нагрева / А. В. Шокодько [и др.] // Физика и химия обработки материалов. 2015. № 1. С. 97.
References
1. Kuznecov K. B., Solncev K. A., Chernyavskij A. S. Patent RU2337058. Sposob polucheniya nitrida tugoplavkogo metalla, izdeliya iz nego, poluchennye etim sposobom, i ih primenenie [A method for obtaining refractory metal nitride, products made from it obtained by this method, and their application: patent for invention RU2337058]. 2008.
2. Shokod'ko A. V., Kuznecov K. B., Shashkeev K. A., Shevcov S. V., Ogarkov A. I., Kovalev I. A., Kostyuchenko A. V., Ovsyannikov N. A., Kochanov G. P., Sitnikov A. I., Yurkov G. Yu., Chernyavskij A. S., Solncev K. A. Laboratornaya ustanovka dlya sinteza keramiki i metallokeramicheskih kompozitov metodom
rezistivnogo nagreva [Laboratory installation for the synthesis of ceramics and metal-ceramic composites by resistive heating]. Fizika i himiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials processing], 2015, No. 1, рр. 97.
Сведения об авторах
С. В. Шевцов — кандидат химических наук; И. А. Ковалев — кандидат химических наук; А. С. Чернявский — кандидат технических наук.
Information about the authors
S. V. Shevtsov — PhD (Chemistry);
I. A. Kovalev — PhD (Chemistry);
A. S. Chernyavskii — PhD (Engineering).
Статья поступила в редакцию 18.03.2021; одобрена после рецензирования 01.04.2021; принята к публикации 05.04.2021. The article was submitted 18.03.2021; approved after reviewing 01.04.2021; accepted for publication 05.04.2021.
