Консолидация механохимически полученного композита HfC/Fe

Татьяна Федоровна Григорьева; Григорьева Татьяна Федоровна; Светлана Анатольевна Ковалева; Ковалева Светлана Анатольевна; Евгения Тимофеевна Девяткина; Девяткина Евгения Тимофеевна; Сергей Владимирович Восмериков; Восмериков Сергей Владимирович; Виктор Иванович Жорник; Жорник Виктор Иванович

doi:10.31857/S0044461824050050

Консолидация механохимически полученного композита HfC/Fe

Authors: Григорьева Т.Ф.¹, Ковалева С.А.², Девяткина Е.Т.¹, Восмериков С.В.¹, Жорник В.И.²
Affiliations:
1. Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
2. Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси
Issue: Vol 97, No 5 (2024)
Pages: 395-400
Section: Compositional Materials
URL: https://ruspoj.com/0044-4618/article/view/668074
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461824050050
EDN: https://elibrary.ru/ITWRXB
ID: 668074

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract

Методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии изучены продукты механохимического синтеза в порошковой эквимолярной смеси α-Hf с C (сажа) и спеченные материалы на их основе. Установлено, что в условиях высокоэнергетической механической обработки в стальных барабанах планетарной шаровой мельницы АГО-2 в течение 8 мин формируется композит HfC/Fe. В интервале 8‒12 мин механической активации в результате процессов вторичного структурообразования формируется наноструктурированный нестехиометрический карбид HfC_0.71. Размер частиц механосинтезированного HfC менее 100 нм, размеры кристаллитов 16‒18 нм. Количество определяемого намола Fe в смеси достигает 7.5 ± 0.5 мас%. Механосинтезированный композит HfC/Fe консолидирован методом быстрого спекания при температуре 1500 ± 30°С и давлении 2 ГПа за 60 c, плотность спеченного материала составляет 96%. Материал имеет структуру твердого сплава HfC_0.71 и связки на основе Fe. Зерна HfC_0.71 имеют округлую форму размером 3‒19 мкм. В зернах HfC_0.71 присутствуют сферические включения HfO₂ (~3%) размером 0.7‒1.9 мкм. Микротвердость композита варьируется в интервале значений HV_0.2 1241‒1465.

Keywords

гафний, карбид гафния, механохимический синтез, механокомпозиты, Field Assisted Sintering Technology, FAST

Full Text

About the authors

Татьяна Федоровна Григорьева

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Author for correspondence.
Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-7264-0862

д.х.н.

Russian Federation, 630090, г. Новосибирск, ул. Кутателадзе, д. 18

Светлана Анатольевна Ковалева

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

Email: grig@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0001-7526-5044

к.т.н.

Belarus, 220072, г. Минск, ул. Академическая, д. 12

д.т.н., проф.

Belarus, 220072, г. Минск, ул. Академическая, д. 12

References

Wuchina E., Opila E., Opeka M., Fahrenholtz W., Talmy I. UHTCs: Ultra-high temperature ceramic materials for extreme environment applications // Electrochem. Soc. Interface. 2007. V. 16. N 4. P. 30‒36. https://doi.org/10.1149/2.F04074IF
Житнюк С. В. Бескислородные керамические материалы для аэрокосмической техники (обзор) // Тр. ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2018. № 8 (68). C. 81‒88. dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-8-81-88
Okamoto H. The C-Hf (carbon-hafnium) system // Bull. Alloy Phase Diagr. 1990. V. 11. N 4. P. 396‒403. https://doi.org/10.1007/BF02843319
Silvestroni L., Bellosi A., Melandri C., Sciti D., Liu J. X., Zhang G. J. Microstructure and properties of HfC and TaC-based ceramics obtained by ultrafine powder // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. N 4. P. 619‒627. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.10.036
Ren Zh. Review of ${HfC}_{x}$ and ${HfC}_{x}$ based composites since 1960s: Non-stoichiometric characteristic, powder synthetic methods, and mechanical, physical, anti-oxidation properties improvements with evolved sintering methods. Department of Materials Science and Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, OH, 44106, USA. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.24027.11045
Wuchina E., Opeka M., Causey S., Buesking K., Spain J., Cull A., Routbort J., Guitierrez-Mora F. Designing for ultrahigh-temperature applications: The mechanical and thermal properties of ${HfB}_{2}$ , ${HfC}_{x}$ , ${HfN}_{x}$ , and alpha Hf(N) // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. N 19. P. 5939‒5949. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000041690.06117.34
Blum Y. D., Marschall J., Hui D., Adair B., Vestel M. Hafnium reactivity with boron and carbon sources under non-self-propagating high-temperature synthesis conditions // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. N 5. P. 1481‒1488. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02329.x
Sciti D., Silvestroni L., Bellosi A. High-density pressureless-sintered HfC-based composites // J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89. N 8. P. 2668‒2670. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01109.x
Opeka M. M., Talmy I. G., Wuchina E. J., Zaykoski J. A., Causey S. J. Mechanical, thermal, and oxidation properties of refractory hafnium and zirconium compounds // J. Eur. Ceram. Soc. 1999. V. 19. N 13‒14. P. 2405‒2414. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(99)00129-6
Hulbert D. M., Anders A., Dudina D. V., Andersson J., Jiang D., Unuvar C., Anselmi-Tamburini U., Lavernia E. J., Mukherjee A. K. The absence of plasma in «spark plasma sintering» // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. N 3. ID 033305. https://doi.org/10.1063/1.2963701
Munir Z. A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. N 3. P. 763‒777. https://doi.org/10.1007/s10853-006-6555-2
Sun S. K., Zhang G. J., Wu W. W., Liu J. X., Suzuki T., Sakka Y. Reactive spark plasma sintering of ZrC and HfC ceramics with fine microstructures // Scripta Mater. 2013. V. 69. N 2. P. 139‒142. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2013.02.017
Deidda C., Doppiu S., Monagheddu M., Cocco G. A direct view of self combustion behaviour of the TiC system under milling // J. Metast. Nanocryst. Mater. 2003. V. 15–16. P. 215‒220. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JMNM.15-16.215
Deidda C., Delogu F., Cocco G. In situ characterisation of mechanically-induced self-propagating reactions // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. N 16–17. P. 5315‒5318. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000039236.48464.8f
Lyakhov N., Grigoreva T., Šepelák V., Tolochko B., Ancharov A., Vosmerikov S., Devyatkina E., Udalova Т., Petrova S. Rapid mechanochemical synthesis of titanium and hafnium carbides // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. Iss. 19. P. 13584‒13591. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2450-x
Григорьева Т. Ф., Баринова А. П., Ляхов Н. З. Механохимический синтез в металлических системах. Новосибирск: Параллель, 2008. C. 43‒47.