Лейкоксеновый концентрат как эффективное сырье для получения высокотемпературных керамических композитов на основе MAX-фаз
Автор: Беляев И.М., Истомин П.В., Истомина Е.И., Надуткин А.В., Грасс В.Э.
Журнал: Известия Коми научного центра УрО РАН @izvestia-komisc
Рубрика: Научные статьи
Статья в выпуске: 2 (60), 2023 года.
Бесплатный доступ
Предложена трехстадийная технология получения плотных композиционных керамических материалов Ti3SiC2-TiB2-(TiC)-SiC из лейкоксенового концентрата, представляющего собой продукт предварительной обработки титансодержащих песчаников. На первом этапе методом карбосиликотермического восстановления лейкоксенового концентрата с использованием SiC в качестве восстановителя и добавлением B4C в качестве твердого борсодержащего компонента проводится синтез агломерированных порошков Ti3SiC2-TiB2-SiC, которые могут существенно отличаться содержанием SiC. На втором этапе полученные порошки подвергаются травлению плавиковой кислотой с целью удаления побочных продуктов силицидного состава, образующихся из примесей, присутствующих в лейкоксеновом концентрате. На заключительном третьем этапе проводится спекание очищенных порошков методом горячего прессования в графитовой прессформе под давлением 30 МПа при температуре 1500-1550 °C, в результате которого формируются керамические композиты Ti3SiC2-TiB2-(TiC)-SiC с почти полностью беспористой микроструктурой.
Карбосиликотермическое восстановление, переработка титанового сырья, мах-фазы
Короткий адрес: https://sciup.org/149143579
IDR: 149143579 | DOI: 10.19110/1994-5655-2023-2-97-105
Список литературы Лейкоксеновый концентрат как эффективное сырье для получения высокотемпературных керамических композитов на основе MAX-фаз
- Barsoum, M.W. MAX phases: properties of machinable ternary carbides and nitrides / M.W. Barsoum. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2013.
- Barsoum, M.W. Elastic and mechanical properties of the MAX phases / M.W. Barsoum, M. Radovic // Annu. Rev. Mater. Res. - 2011. - Vol. 41. - P. 195-227.
- Zhou, Y. Microstructure and mechanism of damage tolerance for Ti3SiC2 bulk ceramics / Y. Zhou, Z. Sun // Mater. Res. Innovations. - 1999. - Vol. 2. - P. 360-363.
- Li, S. Mechanical properties and mechanism of damage tolerance for Ti3SiC2 / S. Li, J. Xie, J. Zhao, L. Zhang // Mater. Lett. - 2002. - Vol. 57. - P. 119-123.
- Su, X. Thermal shock resistance of Ti3SiC2 ceramic under extremely rapid thermal cycling / X. Su, Y. Bao, D. Wan, H. Zhang, L. Xu [et al.] // J. Alloys Compd. - 2021. - Vol. 866. - 158985.
- El-Raghy, T. Processing and mechanical properties of Ti3SiC2: II, Effect of grain size and deformation temperature / T. El-Raghy, M.W. Barsoum, A. Zavaliangos, S.R. Kalidindi // J. Am. Ceram. Soc. - 1999. - Vol. 82. - P. 28552860.
- Zhou, Y. The compressive property and brittle-to-ductile transition of Ti3SiC2 ceramics / Y. Zhou, Z. Sun // Mater. Res. Innovations. - 1999. - Vol. 3. - P. 171-174.
- Radovic, M. Tensile properties of Ti3SiC2 in the 25-1300°C temperature range / M. Radovic, M.W. Barsoum, T. El-Raghy, J. Seidensticker, S. Wiederhorn // Acta Mater. -2000. - Vol. 48. - P. 453-459.
- Li, J.F. Mechanical properties of polycrystalline Ti3SiC2at ambient and elevated temperatures / J.F. Li, W. Pan, F. Sato, R. Watanabe // Acta Mater. - 2001. - Vol. 49. - P. 937-945.
- Deng, Y. Theoretical predictions on temperature-dependent strength for MAX phases / Y. Deng, W. Li, X. Zhang, C. Zhang // J. Am. Ceram. Soc. - 2021. - Vol. 104. - P. 58985907.
- Голдин, Б.А. Восстановительный твердофазный синтез карбосилицида титана Ti3SiC2 / Б.А. Голдин, П.В. Истомин, Ю.И. Рябков // Неорг. матер. - 1997. - Т. 33. - С. 691-694.
- Голдин, Б.А. Высокотемпературная восстановительная переработка оксидного минерального сырья / Б.А. Голдин, Ю.И. Рябков, П.В. Истомин, В.Э. Грасс. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001.
- Istomin, P. Fabrication of Ti3SiC2-based composites from titania-silica raw material / P. Istomin, A. Nadutkin, V. Grass // Mater. Chem. Phys. - 2015. - Vol. 162. - P. 216-221.
- Истомина, Е.И. Получение Ti3SiC2 восстановлением диоксида титана карбидом кремния / Е.И. Истомина, П.В. Истомин, А.В. Надуткин // Неорг. матер. - 2016. -T. 52. - С. 166-172.
- Istomin, P. Synthesis of a bulk Ti4SiC3 MAX phase by reduction of TiO2 with SiC / P. Istomin, E. Istomina, A. Nadutkin, V. Grass, M. Presniakov // Inorg. Chem. - 2016. - Vol. 55. - P. 11050-11056.
- Истомина, Е.И. Оптимизация карбосиликотермического синтеза MAX-фазы Ti4SiC3 / Е.И. Истомина, П.В. Истомин, А.В. Надуткин, В.Э. Грасс, А.С. Богданова // Неорг. матер. - 2018. - Т. 54. - С. 554-563.
- Istomin, P. Fabrication of Ti3SiC2 and Ti4SiC3 MAX phase ceramics through reduction of TiO2 with SiC / P. Istomin, E. Istomina, A. Nadutkin, V. Grass, A. Leonov [et al.] // Cer-am. Int. - 2017. - Vol. 43. - P. 16128-16135.
- Istomin, P. Fabrication of Ti,SiC-Ti,SiC-SiC ceramic composites through carbosilicothermic reduction of TiO2 / P. Istomin, E. Istomina, A. Nadutkin, V. Grass, M. Kaplan // Int. J. Appl. Ceram. Technol. - 2019. - Vol. 16. - P. 746-752
- Истомин, П.В. Карбосиликотермический синтез керамических композитов Ti3SiC2-TiB2-SiC из лейкоксенового концентрата / П.В. Истомин, И.М. Беляев, Е.И. Истомина, А.В. Надуткин, В.Э. Грасс // Неорг. матер. - 2021. - Т. 57. - С. 327-334.
- Song, K. In situ synthesis of (TiB2+SiC)/Ti3SiC2 composites by hot pressing / K. Song, J. Yang, T. Qiu, L.M. Pan // Mater. Lett. - 2012. - Vol. 75. - P. 16-19.
- Pan, L. Microstructure and mechanical properties of (Ti-B2+SiC) reinforced Ti3SiC2 composites synthesized by in situ hot pressing / L. Pan, K. Song, J. Gu, T. Qiu, J. Yang // Int. J. Appl. Ceram. Technol. - 2016. - Vol. 13. - P. 629-635.
- Zou, W. Microstructure and mechanical properties of in-situ hot pressed (TiB2+ SiC)/Ti3SiC2 composites with tunable TiB2 content / W. Zou, F. Li, H. Zhang, J. Yang, S. Peng [et al.] // Adv. Appl. Ceram. - 2016. - Vol. 115. - P. 282-287.
- Zhou, Y.R. Toughening mechanisms of Ti3SiC2- and TiB2-toughened SiC matrix prepared via reactive melt infiltration / Y.R. Zhou, J. Jiao, Z.Y. Jiang, H. Liu, Y. Gao [et al.] // J. Mater. Res. - 2021. - Vol. 36. - P. 4963-4973.
- Zou, W. Mechanical, thermal physical properties and thermal shock resistance of in situ (TiB2+ SiC)/Ti3SiC2 composite / W. Zou, H. Zhang, J. Yang, S. Peng, T. Qiu // J. Alloys Compd. - 2018. - Vol. 741. - P. 44-50.
- Kraus, W. POWDER CELL - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns / W. Kraus, G. Nolze // J. Appl. Cryst. - 1996. - Vol. 29. - P. 301-303.
- Игнатьев, В.Д. Лейкоксен Тимана. Минералогия и проблемы технологии / В.Д. Игнатьев, И.Н. Бурцев. - Санкт-Петербург: Наука, 1997.
- Швецова, И.В. Минералогия лейкоксена Ярегского месторождения / И.В. Швецова. - Ленинград: Наука, 1975.
- Самсонов, Г.В. Силициды / Г.В. Самсонов, Л.А. Дворина, Б.М. Рудь. - Москва: Металлургия, 1979.
