Изучение процессов синтеза Ti3SiC2 и формирования конструкционной керамики на его основе

• Автор: Надуткин, Александр Вениаминович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Кристаллическая структура ТЧзБЮг

1.2 Методы синтеза ПзС2

1.3 Проблема присутствия примесных фаз в конечном

продукте.

1.4 Свойства ПзБКЗг

1.4.1 Стойкость к окислению

1.4.2 Химическая стойкость.

1.4.3 Механические свойства

1.4.4 Электрические и термические свойства.
1.4.5 Композиты на основе ИзЗЮг
1.5 Выводы по литературному обзору.
Глава 2 Методы исследования
2.1 Химические материалы и реактивы
2.2 Измерение кажущейся плотности, открытой пористости и
водопоглощения
2.3 Дифференциальный термический анализ
2.4 Рентгенофазовый анализ образцов
2.5 Получение исходных реагентов.
2.5.1 Синтез карбида титана
2.5.2 Определение содержания углерода в ТЮ
2.5.3 Синтез силицидов титана П1з, Тг, П2.
2.5.4 Синтез ТСг
2.6 Термобарическое воздействие
2.7 Спекание композитов на основе ПзС2.
2.7.1 Спекание без применения стадии горячего прессования
2.7.2 Горячее изостатическое прессование.
2.8 Определение стойкости образцов к окислению на воздухе.
2.8.1 Окисление порошков.
2.8.2 Окисление компактов
2.9 Механические испытания.
2.9.1 Определение предела прочности на сжатие
2.9.2 Трехточечный изгиб.
2.9.3 Четырехточечный изгиб
2.9.4 Определение твердости и микротвердости методом
Виккерса
2. Подготовка поверхности образцов к исследованиям
21 Полировка образцов.
22 Травление образцов.
2. Петрографический и микрозондовый анализ
Глава 3 Фазообразование в системе i i С
3.1 Фазообразование в термобарических условиях.
3.1.1 Псевдобинарный разрез i i.
3.1.2 Псевдобинарный разрез i i5I3.
3.1.3 Псевдобинарный разрез i3i2 С
3.2 Фазообразование в системе i i С в вакууме.
3.3 Выводы.
Глава 4 Спекание и микроструктура материалов на основе i3i2.
4.1 Твердофазное спекание композитов i3i2 i.
4.2 Спекание i3i2 с участием добавок силицидов титана
4.3 Горячее прессование композитов на основе предварительно синтезированных порошков i3i2
4.3.1 Образцы на основе i3i2
4.3.2 Образцы на основе i3i2 ii2
4.3.3 Образцы на основе ТЮг С и ПзБЮг Т С
4.4 Технологическая схема получения керамических материалов на основе ТС
4.5 Выводы.
Глава 5 Исследование свойств материалов на основе ТСзБГСг
5.1 Стойкость к окислению на воздухе.
5.2 Прочностные свойства
5.3 Твердость по Виккерсу.
5.4 Рекомендации практического применения материалов на
основе ТСзвЮг
5.5 Выводы
Заключение.
Список использованной литературы


По теме диссертации опубликовано 8 статей (из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК) и тезисов докладов на конференциях. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка литературы, который содержит 6 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и приложения. Диссертация изложена на 2 страницах машинописного текста, содержит рисунков, таблиц, приложение занимает 2 страницы. Карбосилицид титана Ti3SiC2 относят к группе соединений, называемых МАХ - фазами, которые представляют собой сложные тройные соединения вида: МП~|АХП, (где М - переходные металлы, А - элементы II В или IIIA - VIA-подгрупп таблицы Менделеева, X - углерод или азот и n = 1,2 или 3) [1]. Структура Ti3SiC2 представляет собой блоки карбида титана, отделенные друг от друга атомными слоями кремния. Элементарная ячейка Ti3SiC2 имеет гексагональную симметрию и относится к пространственной группе Рбз/mmc. Впервые данное соединение было получено и описано Jeitschko и Nowotny [2]. Интенсивные исследования Ti3SiC2 начались в -х годах прошлого века. За рубежом изучением Ti3SiC2 наиболее плотно занимались: P. W. Barsoum, Т. Рисунок 1 - Структура Ti3SiC2 [2] Ragby, R- Pampuch, и др. России: Истомин П. А.Э. На рис. Ti3SiC2. Атомы углерода занимают октаэдрические пустоты между слоями атомов титана, образуя октаэдрические группы [Ti6C]. Октаэдры [Ti6C] соединены друг с другом по ребрам в виде двухслойных пакетов, параллельных плоскости () и разделенных слоями атомов кремния. Синтез ТС2 описан в работах [7, 9-, -]. Для получения ИзвГСг могут быть использованы различные методы и исходные реагенты. В приложении (рис. Р - Т условиях. Из диаграмм видно, что ИзвЮг равновесно сосуществует с ТзСх, Т, НС, 8Ю. Область гомогенности Т1С2 по данным работы [] довольно значительная. Не-стехиометрия по кремнию может достигать 0, ат. П^Сг варьируется от 1,8 до 2,8. С VI) и РУ1>) [-]; само-распространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) [8, -]; реакционное горячее прессование []; смешанные [-], а также другие, более экзотические, способы получения ТС2 [, ]. Кроме того, ИзБЮг образуется при совместном карботермическом восстановлении оксидов титана и кремния в вакууме [7, 9, ]. Достаточно новым пока методом получения Т1зС2 является метод механического легирования [-]. В зависимости от применяемых условий при синтезе Т1зС2 в качестве конечного продукта получают: тонкие пленки, пористые компакты, плотные прессовки, либо порошки. Тонкие пленки ПзвЮг получают методами химического и физического осаждения из газовой фазы, СУХ) и РУЭ соответственно. Осаждение производится на специально подобранную и определенным образом ориентированную подложку в специальной камере при температуре порядка 0 - °С, в зависимости от типа СУИ установки [-]. Общее давление газовой смеси составляет порядка кПа. В качестве подложки могут выступать монокристаллические пластинки кремния, графита и др. Процесс осаждения носит многостадийный характер. На первом этапе, в зависимости от условий осаждения возможно образование двойных соединений: ПСХ, БЮ. Авторы работы [] отмечают, что тип подложки оказывает решающее значение на последовательность фазообразо-вания в ходе осаждения. Так, при использовании кремниевых подложек на первом этапе происходит образование Т&хг. Пленка ПзЗЮг образуется на следующем этапе в результате карбидизации дисилицида титана углеродсодержащими компонентами газовой смеси. При использовании графитовых подложек на первой стадии синтеза происходит образование нестехиометрического ПС*. Образование фазы ТС2 происходит в результате последующего насыщения карбида титана кремнием за счет кремний - органического реагента. Метод СУИ позволяет получать пленки нано- и микрокристаллического ТС2, а так же небольшие пластинки при более продолжительном времени осаждения. Следует отметить, что полной од-нофазности образца достигнуть не удается. В материале всегда присутствуют примеси Т1СХ, Т&'ъ и БЮ. Метод физического осаждения из газовой фазы состоит в испарении атомов исходных реагентов с последующим их осаждением на подложку.