Preparation of Zirconium Carbide-Based Refractory Ceramics by Direct Zirconium Carburization

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Compact stoichiometric zirconium carbide (ZrC) with a tailored shape has been synthesized by direct carburization of rolled zirconium metal in an atmosphere of an argon + ethylene gas mixture. Ceramics have been produced by reacting zirconium metal with ethylene gas, through absorption of the carbon released on the reaction surface as a result of C2H6 pyrolysis. We have characterized the microstructure of the ceramics and assessed the mechanical and conductive properties of the synthesized ZrC.

Авторлар туралы

G. Kochanov

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

A. Chernyavskii

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

S. Strel’nikova

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

S. Klimaev

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

A. Kostyuchenko

Voronezh State Technical University, 394006, Voronezh, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

P. Osipov

Voronezh State Technical University, 394006, Voronezh, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

A. Konovalov

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

S. Shevtsov

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

S. Kannykin

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia; Voronezh State University, 394006, Voronezh, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49; Россия, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1

I. Kovalev

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

I. Kostikov

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia; Moscow State University, 119991, Moscow, Russia

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49; Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

K. Solntsev

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, 119991, Moscow, Russia

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Әдебиет тізімі

  1. Сорокин О.Ю., Гращенков Д.В., Солнцев С.С., Евдокимов С.А. Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов // Тр. ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2014. № 6. С. 8.
  2. Кириченко В.Г., Азаренков Н.А. Ядерно-физическое металловедение сплавов циркония. Харьков: ХНУ им. В. Н. Каразина, 2012. С. 405.
  3. Yutai Katoh, Gokul Vasudevamurthy, Takashi Nozawa, Lance L. Snead. Properties of Zirconium Carbide for Nuclear Fuel Applications // J. Nucl. Mater. 2013. V. 441. № 1–3. P. 718–742.https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.05.037
  4. Chunlei Yan, Rongjun Liun, Yingbin Cao, Changrui Zhang, Deke Zhang. Synthesis of Zirconium Carbide Powders Using Chitosan as Carbon Source // Ceram. Int. 2013. V. 39. № 3. P. 3409–3412. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.09.032
  5. Кузнецова В.В., Крутский Ю.Л. Синтез карбида циркония карботермическим методом с использованием нановолокнистого углерода // Новосибирск: НГТУ, 2014. С. 248–251.
  6. Tamoghna Chakrabarti, Lingappa Rangaraj, Vikram Jayaram. Computational Modeling of Reactive Hot Pressing of Zirconium Carbide // J. Mater. Res. 2015. V. 30. № 12. P. 1876–1886. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.147
  7. Wei X., Back C., Izhvanov O., Haines C., Olevsky E. Zirconium Carbide Produced by Spark Plasma Sintering and Hot Pressing: Densification Kinetics, Grain Growth, and Thermal Properties // Materials. 2016. V. 9. № 7. P. 577. https://doi.org/10.3390/ma9070577
  8. Кочанов Г.П., Рогова А.Н., Ковалев И.А., Шевцов С.В., Ситников А.И., Костюченко А.В., Климаев С.Н., Ашмарин А.А., Стрельникова С.С., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Синтез высокотемпературной керамики на основе карбида ниобия прямой карбидизацией ниобия // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 10. С. 1138–1143. https://doi.org/10.31857/S0002337X21100055
  9. Солнцев К.А., Шусторович Е.М., Буслаев Ю.А. Окислительное конструирование тонкостенной керамики // Докл. Академии наук. 2001. Т. 378. № 4. С. 492–499.
  10. Шевцов С.В., Ковалев И.А., Огарков А.И., Канныкин С.В., Просвирнин Д.В., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Cтруктура и твердость керамики, синтезируемой в процессе высокотемпературной нитридизации титановой фольги // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 3. С. 311–316. https://doi.org/10.7868/S0002337X18030144
  11. Ковалев И.А., Зуфман В.Ю., Шевцов С.В., Шашкеев К.А., Огарков А.И., Овсянников Н.А., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Микроструктура рутильной керамики, полученной с применением подхода окислительного конструирования // Перспективные материалы. 2015. № 6. С. 57–65.
  12. Ковалев И.А., Кочанов Г.П., Рубцов И.Д., Шокодько А.В., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования: Патент RU 2759827 C1, МПК G01K7/02 C01B21/76, от 12.02.2021 г.
  13. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. В 3 т.: Т. 1. М.: Машиностроение, 1996. С. 992.
  14. Sara R.V. The System Zirconium-Carbon // J. Am. Ceram. Soc. 1965. V. 48. № 5. P. 243–247. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1965.tb14729.x
  15. The International Centre for Diffraction Data. 2003.
  16. Oliver W., Pharr G. An Improved Technique for Determining Hardness and Elastic Modulus Using Load and Displacement Sensing Indentation Experiments // J. Mater. Res. 1992. V. 7. № 6. P. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
  17. Вильк Ю.Н., Никольский С.С., Аварбэ Р.Г. Температурная зависимость коэффициента диффузии углерода в нестехиометрических карбидах циркония, ниобия и тантала // Теплофизика высоких температур. 1967. Т. 5. № 4. С. 607–611.
  18. Чувильдеев В.Н., Семенычева А.В. Модель зернограничной самодиффузии в α- и β-фазах титана и циркония // Физика твердого тела. 2017. Т. 59. № 1. С. 5–12.
  19. Harrison R.W., Lee W.E. Processing and Properties of ZrC, ZrN and ZrCN Ceramics: a Review // Adv. Appl. Ceram. 2016. V. 115. № 5. P. 294–307. https://doi.org/10.1179/1743676115y.000000006
  20. Frank F., Tkadletz M., Czettl C., Schalk N. Microstructure and Mechanical Properties of ZrN, ZrCN and ZrC Coatings Grown by Chemical Vapor Deposition // Coatings. 2021. V. 11. № 5. P. 491. https://doi.org/10.3390/coatings11050491
  21. Gridneva I.V., Mil’man Y.V., Rymashevskii G.A., Trefilov V.I., Chugunova S.I. Effect of Temperature on the Strength Characteristics of Zirconium Carbide // Sov. Powder Metall. Met. Ceram. 1976. V. 15. № 8. P. 638–645. https://doi.org/10.1007/bf01159455
  22. He X.-M., Shu L., Li H.-B., Li H.-D., Lee S.-T. Structural Characteristics and Hardness of Zirconium Carbide Films Prepared by Tri-Ion Beam-Assisted Deposition // J. Vac. Sci. Technol., A. 1998. V. 16. № 4. P. 2337–2344. https://doi.org/10.1116/1.581349
  23. Long Y., Javed A., Chen J., Chen Z., Xiong X. Phase Composition, Microstructure and Mechanical Properties of ZrC Coatings Produced by Chemical Vapor Deposition // Ceram. Int. 2014. V. 40. № 1. P. 707–713. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.06.05
  24. Нешпор В.С., Никитин В.П., Новиков В.И., Попов В.В. Электрофизические свойства карбида циркония // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1977. Т. 13. № 4. С. 654–657.
  25. Allison C.Y., Finch C.B., Foegelle M.D., Modine F.A. Low-Temperature Electrical Resistivity of Transition-Metal Carbides // Solid State Commun. 1988. V. 68. № 4. P. 387–390.

Қосымша файлдар


© Г.П. Кочанов, И.А. Костиков, И.А. Ковалев, С.В. Канныкин, С.В. Шевцов, А.А. Коновалов, П.А. Осипов, А.В. Костюченко, С.Н. Климаев, С.С. Стрельникова, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев, 2023