RU2796134C1 - METHOD FOR PRODUCING POWDER BASED ON SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE WITH COMPOSITION OF Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING POWDER BASED ON SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE WITH COMPOSITION OF Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796134C1 RU2796134C1 RU2022116667A RU2022116667A RU2796134C1 RU 2796134 C1 RU2796134 C1 RU 2796134C1 RU 2022116667 A RU2022116667 A RU 2022116667A RU 2022116667 A RU2022116667 A RU 2022116667A RU 2796134 C1 RU2796134 C1 RU 2796134C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphite
- cathode
- anode
- powders
- package
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Natural products O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению порошков с использованием физических процессов и может быть использовано для производства тугоплавких материалов.The invention relates to the field of powder metallurgy, namely to the production of powders using physical processes and can be used for the production of refractory materials.
Известен способ получения порошка, содержащего однофазный высокоэнтропийный карбид состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C с кубической решеткой [RU 2746673 C1, МПК B22F9/14 (2006.01), B22F9/04 (2006.01), опубл. 19.04.2021], который включает перемешивание порошков оксида титана TiO2, оксида циркония ZrO2, оксида ниобия Nb2O5, оксида гафния HfO2, оксида тантала Ta2O5 и рентгеноаморфного углерода, взятых в эквимолярном соотношении, в шаровой мельнице в течение 2 часов. Полученную смесь указанных порошков помещают на дно графитового стакана, являющегося катодом, в полости которого, в воздушной среде, генерируют дуговой разряд постоянного тока путем соприкосновения анода в виде сплошного графитового стержня с порошковой смесью при силе тока 180-220 А в течение 25-40 секунд. Затем горение разряда прерывают, отводя анод от катода. После остывания катода до комнатной температуры в воздушной среде, полученный порошок, включающий спеки, извлекают из полости катода, перемалывают в агатовой ступке до однородного состояния, повторно закладывают в графитовый стакан и во второй раз подвергают аналогичному воздействию дугового разряда при силе тока 180-220 А в течение 25-40 секунд. Горение разряда прерывают отведением анода от катода. После остывания катода до комнатной температуры полученный порошок, включающий спеки, извлекают из полости, перемалывают в агатовой ступке до однородного состояния, затем закладывают в полость графитового стакана и снова подвергают воздействию дугового разряда при силе тока 180-220 А в течение 25-40 секунд. Далее горение разряда прерывают отведением анода от катода. После остывания катода до комнатной температуры в воздушной среде из полости катода извлекают готовый продукт.A known method of obtaining a powder containing single-phase high-entropy carbide composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C with a cubic lattice [RU 2746673 C1, IPC B22F9/14 (2006.01), B22F9/04 (2006.01), publ. 04/19/2021], which includes mixing powders of titanium oxide TiO 2 , zirconium oxide ZrO 2 , niobium oxide Nb 2 O 5 , hafnium oxide HfO 2 , tantalum oxide Ta 2 O 5 and X-ray amorphous carbon, taken in an equimolar ratio, in a ball mill in within 2 hours. The resulting mixture of these powders is placed on the bottom of the graphite cup, which is the cathode, in the cavity of which, in the air, a direct current arc discharge is generated by contacting the anode in the form of a solid graphite rod with the powder mixture at a current strength of 180-220 A for 25-40 seconds . Then the burning of the discharge is interrupted by removing the anode from the cathode. After the cathode has cooled to room temperature in air, the resulting powder, including sinter, is removed from the cathode cavity, ground in an agate mortar to a homogeneous state, re-placed in a graphite cup and subjected to a similar arc discharge for the second time at a current strength of 180-220 A within 25-40 seconds. The burning of the discharge is interrupted by removing the anode from the cathode. After the cathode has cooled to room temperature, the resulting powder, including sinter, is removed from the cavity, ground in an agate mortar to a homogeneous state, then put into the cavity of a graphite cup and again subjected to an arc discharge at a current strength of 180-220 A for 25-40 seconds. Further, the burning of the discharge is interrupted by the removal of the anode from the cathode. After the cathode has cooled to room temperature in air, the finished product is removed from the cathode cavity.
Длительность одного рабочего цикла составляет не более 30 мин, а общее время получения готового продукта, включая трехкратное электродуговое воздействие составляет около 90 мин.The duration of one working cycle is no more than 30 minutes, and the total time for obtaining the finished product, including three-fold electric arc exposure, is about 90 minutes.
Недостатками известного способа являются: трехкратное воздействие дуговым разрядом на исходную смесь указанных порошков, загрязнение готового продукта эродированным графитом.The disadvantages of the known method are: three-fold exposure to an arc discharge on the initial mixture of these powders, contamination of the finished product with eroded graphite.
Техническим результатом предложенного способа является его реализация за один рабочий цикл электродуговой обработки, что сокращает время синтеза, необходимое для получения порошка на основе однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C с кубической решеткой, а также уменьшение примесей эродированного графита в готовом продукте.The technical result of the proposed method is its implementation in one working cycle of electric arc processing, which reduces the synthesis time required to obtain a powder based on single-phase high-entropy carbide of the Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C composition with a cubic lattice, as well as a decrease in impurities of eroded graphite in the finished product.
Предложенный способ получения порошка на основе однофазного высокоэнтропийный карбид состава Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C с кубической решеткой, также как в прототипе, включает перемешивание в шаровой мельнице взятых в эквимолярном соотношении исходных порошков и порошка рентгеноаморфного углерода, размещение полученной смеси в полости графитового стакана, являющегося катодом, в воздушной среде которого, воздействуют на указанную порошковую смесь дуговым разрядом постоянного тока между катодом и анодом в виде сплошного графитового стержня, прерывание горения разряда отведением анода от катода, извлечение полученного продукта из полости катода после остывания катода до комнатной температуры.The proposed method for obtaining a powder based on a single-phase high-entropy carbide composition Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C with a cubic lattice, as in the prototype, includes mixing in a ball mill taken in an equimolar ratio of the original powders and X-ray amorphous carbon powder, placing the resulting mixture in cavities graphite cup, which is a cathode, in the air of which, the specified powder mixture is affected by a direct current arc discharge between the cathode and the anode in the form of a solid graphite rod, interrupting the combustion of the discharge by removing the anode from the cathode, extracting the resulting product from the cathode cavity after the cathode has cooled to room temperature .
Согласно изобретению, смешивают порошки титана Ti, циркония Zr, ниобия Nb, гафния Hf, тантала Та и рентгеноаморфного углерода с размерами частиц не более 5 мкм в течение не менее 6 часов при соотношении массы шаров к массе порошков как (4-6):1. Полученную смесь заворачивают в графитовую бумагу, формируя пакет, который помещают на дно графитового стакана, придавая ему плоскую равномерную форму. Генерируют дуговой разряд путем соприкосновения анода с указанным пакетом при плотности потока энергии не менее 35 Вт/мм2 в течение 45-60 секунд. После остывания пакет извлекают из полости катода, разворачивают, собирают готовый продукт, а графитовую бумагу вместе с осевшим на ее поверхности эродированным графитом удаляют.According to the invention, powders of titanium Ti, zirconium Zr, niobium Nb, hafnium Hf, tantalum Ta and X-ray amorphous carbon with particle sizes of not more than 5 μm are mixed for at least 6 hours at a ratio of the mass of balls to the mass of powders as (4-6):1 . The resulting mixture is wrapped in graphite paper, forming a package, which is placed on the bottom of the graphite cup, giving it a flat uniform shape. An arc discharge is generated by contacting the anode with the specified package at an energy flux density of at least 35 W/mm 2 for 45-60 seconds. After cooling, the package is removed from the cathode cavity, unfolded, the finished product is collected, and the graphite paper, together with the eroded graphite deposited on its surface, is removed.
Помол порошков титана Ti, циркония Zr, ниобия Nb, гафния Hf, тантала Та и рентгеноаморфного углерода в течение не менее 6 часов при соотношении массы шаров шаровой мельницы к массе порошков не менее 4:1 обеспечивает достаточную гомогенность исходного сырья. Grinding powders of titanium Ti, zirconium Zr, niobium Nb, hafnium Hf, tantalum Ta and X-ray amorphous carbon for at least 6 hours at a ratio of the mass of ball mill balls to the mass of powders of at least 4:1 ensures sufficient homogeneity of the feedstock.
Электродуговая обработка при плотности потока энергии не менее 35 Вт/мм2 в течение 45-60 секунд обеспечивает достаточное энергетическое воздействие для формирования высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C. При возникновении дугового разряда постоянного тока температура в зоне его формирования и горения поднимается до нескольких тысяч градусов, вследствие чего титан Ti, цирконий Zr, ниобий Nb, гафний Hf, тантал Та и рентгеноаморфный углерод вступают в реакцию, образуя высокоэнтропийный карбид состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C. Кислород воздуха в реакционной зоне вступает в реакцию с углеродом, образуя газ - монооксид углерода СО, который затем доокисляется, образуя газ - диоксид углерода СО2. Образующиеся газы экранируют полость графитового стакана, являющегося катодом от кислорода воздуха, препятствуя процессам окисления металлов. Причем эродированный графит оседает на поверхности графитовой бумаги, которая предотвращает его попадание в готовый продукт. В результате этого в готовом продукте содержание примесей в виде эродированного графита снижается за счет его удаления механически вместе с графитовой бумагой.Electric arc processing at an energy flux density of at least 35 W/mm 2 for 45-60 seconds provides sufficient energy exposure to form a high-entropy carbide composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C. When a DC arc discharge occurs, the temperature in the zone of its formation and combustion rises to several thousand degrees, as a result of which titanium Ti, zirconium Zr, niobium Nb, hafnium Hf, tantalum Ta and X-ray amorphous carbon react, forming a high-entropy carbide of composition Ti-Zr- Nb-Hf-Ta-C. Air oxygen in the reaction zone reacts with carbon, forming gas - carbon monoxide CO, which is then further oxidized, forming gas - carbon dioxide CO 2 . The resulting gases shield the cavity of the graphite cup, which is the cathode, from atmospheric oxygen, preventing the oxidation of metals. Moreover, eroded graphite settles on the surface of graphite paper, which prevents it from entering the finished product. As a result, the content of impurities in the form of eroded graphite in the finished product is reduced due to its removal mechanically together with graphite paper.
Таким образом, получение предложенным способом порошка на основе однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C с кубической решеткой, реализовано в ходе однократной электродуговой обработки исходного сырья с возможностью сбора порошка однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C с кубической решеткой отдельно от эродированного графита.Thus, the preparation of a powder based on a single-phase high-entropy carbide of the composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C with a cubic lattice by the proposed method is realized during a single electric arc processing of the feedstock with the possibility of collecting a powder of a single-phase high-entropy carbide of the composition Ti-Zr-Nb- Hf-Ta-C with a cubic lattice separate from eroded graphite.
По сравнению с прототипом время получения готового продукта сокращено в три раза.Compared with the prototype, the time for obtaining the finished product is reduced by three times.
На фиг. 1 показана схема устройства для получения порошка на основе однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C.In FIG. 1 shows a diagram of a device for obtaining a powder based on single-phase high-entropy carbide with the composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C.
На фиг. 2 представлена рентгеновская дифрактограмма полученного порошка на основе однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (пример 1), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы. In FIG. 2 shows the X-ray diffraction pattern of the resulting powder based on single-phase high-entropy carbide composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (example 1), where the corresponding diffraction maxima are indicated.
На фиг. 3 представлены карты распределения химического состава скопления кристаллов однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (пример 1), полученные с помощью растрового электронного микроскопа с энергодисперсионным анализатором.In FIG. Figure 3 shows the maps of the distribution of the chemical composition of the accumulation of crystals of single-phase high-entropy carbide of the composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (example 1), obtained using a scanning electron microscope with an energy dispersive analyzer.
На фиг. 4 представлена рентгеновская дифрактограмма полученного порошка на основе однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (пример 2), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.In FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern of the resulting powder based on single-phase high-entropy carbide composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (example 2), where the corresponding diffraction maxima are indicated.
На фиг. 5 представлена рентгеновскоя дифрактограмма полученного порошка на основе однофазного высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (пример 3), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.In FIG. 5 shows the X-ray diffraction pattern of the resulting powder based on single-phase high-entropy carbide composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (example 3), where the corresponding diffraction maxima are indicated.
На фиг. 6 показана рентгеновская дифрактограмма порошка, полученного согласно показателям примера 4.In FIG. 6 shows the X-ray diffraction pattern of the powder obtained according to the parameters of example 4.
На фиг. 7 представлена рентгеновская дифрактограмма порошка, полученного согласно показателям примера 5.In FIG. 7 shows the X-ray diffraction pattern of the powder obtained according to the parameters of example 5.
На фиг. 8 показаны карты распределения химического состава скопления кристаллов полученного продукта на основе многофазного порошка, содержащего карбиды металлов (пример 5), полученные с помощью растрового электронного микроскопа с энергодисперсионным анализатором.In FIG. 8 shows maps of the distribution of the chemical composition of the accumulation of crystals of the obtained product based on a multi-phase powder containing metal carbides (example 5), obtained using a scanning electron microscope with an energy dispersive analyzer.
В таблице 1 (см. в графической части) представлены условия получения порошков на основе высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C, а также параметры кубических решеток полученных порошков, определенные методом рентгеновской дифрактометрии.Table 1 (see the graphic part) presents the conditions for obtaining powders based on high-entropy carbide of the Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C composition, as well as the cubic lattice parameters of the obtained powders, determined by X-ray diffractometry.
Использовали порошки титана Ti, циркония Zr, ниобия Nb, гафния Hf, тантала Та, а также рентгеноаморфного углерода с размерами частиц не более 5 мкм (с чистотой 99,0 мас. %). Эти порошки, взятые в эквимолярном соотношении, с суммарной массой 5 г, в посуде из карбида вольфрама смешивали в шаровой мельнице шарами из карбида вольфрама в течение 6 часов при соотношении массы шаров к массе указанных порошков как 4:1.We used powders of titanium Ti, zirconium Zr, niobium Nb, hafnium Hf, tantalum Ta, and X-ray amorphous carbon with a particle size of no more than 5 μm (with a purity of 99.0 wt %). These powders, taken in an equimolar ratio, with a total weight of 5 g, in a tungsten carbide vessel were mixed in a ball mill with tungsten carbide balls for 6 hours at a ratio of the mass of balls to the mass of these powders as 4:1.
Для осуществления способа использовали устройство, которое содержит графитовый цилиндрический катод 1 (фиг. 1) в виде вертикально расположенного стакана с внешним диаметром 25 мм и внутренним диаметром 16 мм, высотой 30 мм, к стенке которого прикреплен диэлектрический держатель 2. В резьбовое отверстие диэлектрического держателя 2 вставлен винт 3, соединенный c одним концом графитового цилиндрического анода 4 в виде сплошного стержня с диаметром 8 мм. Свободный конец анода 4 расположен соосно катоду 1 с возможностью продольного перемещения в его полости. Анод 4 и катод 1 подключены к источнику постоянного тока 5 (ИПТ).To implement the method, a device was used that contains a graphite cylindrical cathode 1 (Fig. 1) in the form of a vertically located glass with an outer diameter of 25 mm and an inner diameter of 16 mm, a height of 30 mm, to the wall of which a
0,5 г полученной смеси порошков завернули в графитовую бумагу толщиной 0,3 мм (с чистотой 99,0 мас. %), формируя пакет 6, который поместили на дно катода 1, придав ему плоскую равномерную форму. При включении источника постоянного тока 5 (ИПТ) между пакетом 6 с исходной смесью порошков на дне графитового катода 1, и графитовым анодом 4 возникала разность потенциалов. Вращением винта 3 перемещали анод 4 внутри полости катода 1 соосно ему до соприкосновения с пакетом 6. Дуговой разряд поджигали кратковременным соприкосновением анода 4 с пакетом 6 при плотности потока энергии 35 Вт/мм2. Затем при помощи винта 3 отвели анод 4 вертикально вверх соосно катоду 1, образуя разрядный промежуток 0,5 мм. В процессе горения дугового разряда исходная смесь порошков в пакете 6, а также анод 4 и катод 1 нагревались. После горения дугового разряда в течение 45 секунд источник постоянного тока 5 (ИПТ) отключили. После остывания анода 4 и катода 1 извлекли пакет 6 с готовым продуктом из полости графитового катода 1. Пакет 6 развернули, собрали готовый продукт в пробирку, а графитовую бумагу вместе с осевшим на ее поверхности эродированным графитом удалили.0.5 g The resulting mixture of powders was wrapped in graphite paper 0.3 mm thick (with a purity of 99.0 wt.%), forming a
Полученный продукт проанализировали на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 7000s (CuKα-излучение), а также на растровом электронном микроскопе Tescan Vega 3 SBU с приставкой энергодисперсионного анализа.The resulting product was analyzed on a Shimadzu XRD 7000s X-ray diffractometer (CuKα radiation), as well as on a Tescan Vega 3 SBU scanning electron microscope with an energy dispersive analysis attachment.
Полученные рентгеновские дифрактограммы показали наличие одной кубической фазы высокоэнтропийного карбида состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (пример 1 в таблице 1), которой соответствуют 5 дифракционных максимумов, обозначенных на фиг. 2. По положениям дифракционных максимумов установлено, что это кубическая фаза с параметром решетки 4,510 Å.The obtained x-ray diffraction patterns showed the presence of one cubic phase of high-entropy carbide of the composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (example 1 in table 1), which corresponds to 5 diffraction maxima, indicated in Fig. 2. Based on the positions of the diffraction peaks, it was found that this is a cubic phase with a lattice parameter of 4.510 Å.
По данным растровой электронной микроскопии, в полученном готовом продукте присутствуют скопления кристаллов с размерами до 50-100 мкм, которые содержат титан, цирконий, ниобий, гафний, тантал, которые, судя по картированию химического состава, распределены равномерно (фиг. 3). Кристаллы содержат, по данным энергодисперсионного анализа (полученным в серии из не менее 15 измерений, и усредненных) титан, цирконий, ниобий, гафний, тантал и углерод, которые распределены равномерно.According to scanning electron microscopy, the resulting finished product contains clusters of crystals with sizes up to 50–100 μm, which contain titanium, zirconium, niobium, hafnium, and tantalum, which, judging by the mapping of the chemical composition, are evenly distributed (Fig. 3). The crystals contain, according to energy dispersive analysis (obtained in a series of at least 15 measurements, and averaged) titanium, zirconium, niobium, hafnium, tantalum and carbon, which are evenly distributed.
Другие примеры получения порошков, содержащих однофазный высокоэнтропийный карбид состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C с кубической решеткой приведены в таблице 1 и на фиг. 4-5 (примеры 2 и 3).Other examples of obtaining powders containing a single-phase high-entropy carbide composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C with a cubic lattice are shown in table 1 and in Fig. 4-5 (examples 2 and 3).
Также в таблице 1 приведены примеры 4 и 5, при реализации которых образуется более одной кубической фазы, то есть не образуется однофазный высокоэнтропийный карбид состава Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C (фиг. 6, 7), а образуется несколько соединений, о чем говорит раздвоение дифракционных максимумов, обозначенных кубических фаз. По данным растровой электронной микроскопии у таких образцов (фиг. 8 для примера 5) присутствуют скопления кристаллов с размерами до 50-100 мкм, которые содержат неравномерно распределенные титан, цирконий, ниобий, гафний, тантал.Also in table 1 are examples 4 and 5, during the implementation of which more than one cubic phase is formed, that is, a single-phase high-entropy carbide of the composition Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C is not formed (Fig. 6, 7), but several compounds are formed , as evidenced by the bifurcation of the diffraction maxima, designated cubic phases. According to scanning electron microscopy in such samples (Fig. 8 for example 5) there are clusters of crystals with sizes up to 50-100 microns, which contain unevenly distributed titanium, zirconium, niobium, hafnium, tantalum.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796134C1 true RU2796134C1 (en) | 2023-05-17 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116715526A (en) * | 2023-06-09 | 2023-09-08 | 中南大学 | C/C- (Ti, zr, hf, nb, ta) C-SiC composite material and preparation method thereof |
| CN117431654A (en) * | 2023-08-24 | 2024-01-23 | 波司登羽绒服装有限公司 | A kind of light-responsive polymer/high-entropy carbon-based composite fiber and its preparation method and application |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109180189A (en) * | 2018-10-08 | 2019-01-11 | 中南大学 | A kind of high entropy carbide ultra-high temperature ceramic powder and preparation method thereof |
| RU2746673C1 (en) * | 2020-10-09 | 2021-04-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | METHOD FOR PRODUCING POWDER CONTAINING SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE OF COMPOSITION Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE |
| RU2762897C1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-12-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method for obtaining carbide powder of a high-entropy alloy with a spherical particle shape |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109180189A (en) * | 2018-10-08 | 2019-01-11 | 中南大学 | A kind of high entropy carbide ultra-high temperature ceramic powder and preparation method thereof |
| RU2746673C1 (en) * | 2020-10-09 | 2021-04-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | METHOD FOR PRODUCING POWDER CONTAINING SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE OF COMPOSITION Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE |
| RU2762897C1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-12-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method for obtaining carbide powder of a high-entropy alloy with a spherical particle shape |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Pak A.Ya. et al., Synthesis of transition metal carbides and high-entropy carbide TiZrNbHfTaC5 in self-shielding DC arc discharge plasma. Ceramics International. Tom 48, 23.11.2021, p. 3818-3825. Pak A.Ya. et al., Vacuumless synthesis of tungsten carbide in a self-shielding atmospheric plasma of DC arc discharge. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Volume 93, 07.08.2020, p. 2-8. Deng B. et al., Phase controlled synthesis of transition metal carbide nanocrystals by ultrafast flash Joule heating. Nature Communications. N13(1), 11.01.2022, p. 2-10. Demirsky D. et al., Synthesis and high-temperature properties of medium-entropy (Ti,Ta,Zr,Nb)C using the spark plasma consolidation of carbide powders. Open Ceramics. Volume 2, 01.09.2020, p. 1-9. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116715526A (en) * | 2023-06-09 | 2023-09-08 | 中南大学 | C/C- (Ti, zr, hf, nb, ta) C-SiC composite material and preparation method thereof |
| CN117431654A (en) * | 2023-08-24 | 2024-01-23 | 波司登羽绒服装有限公司 | A kind of light-responsive polymer/high-entropy carbon-based composite fiber and its preparation method and application |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2746673C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING POWDER CONTAINING SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE OF COMPOSITION Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE | |
| JP4215911B2 (en) | Niobium powder agglomerates | |
| KR100583702B1 (en) | Method for preparing metal powder by reducing oxide with gaseous reducing agent and metal powder prepared therefrom | |
| US9416013B2 (en) | Rapid reduction of sodium occupancy in type II silicon clathrate by chemical etching | |
| Śnieżek et al. | Structural properties of MgO–ZrO2 ceramics obtained by conventional sintering, arc melting and field assisted sintering technique | |
| CZ302249B6 (en) | Process for producing metal powders by reduction of oxides with magnesium vapors and metal powder obtained in such a manner | |
| Pak et al. | Synthesis of transition metal carbides and high-entropy carbide TiZrNbHfTaC5 in self-shielding DC arc discharge plasma | |
| BRPI9911008B1 (en) | process for the production of metal powder capacitor, niobium powder, capacitor anode, alloy powder for use in electrolytic capacitor manufacturing, process for alloy powder manufacturing | |
| Ağaoğulları et al. | Synthesis of bulk nanocrystalline samarium hexaboride | |
| Terlan et al. | A Size‐Dependent Analysis of the Structural, Surface, Colloidal, and Thermal Properties of Ti1–xB2 (x= 0.03–0.08) Nanoparticles | |
| Gadipelly et al. | Synthesis and structural characterisation of Y2Ti2O7 using microwave hydrothermal route | |
| Kvashnin et al. | Large‐scale synthesis and applications of hafnium–tantalum carbides | |
| JP2023054753A (en) | MXene compounds having novel crystalline forms and processes for producing MAX phase-type compounds for synthesizing said MXene compounds | |
| RU2796134C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING POWDER BASED ON SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE WITH COMPOSITION OF Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE | |
| US20080253958A1 (en) | Production of high-purity titanium monoxide and capacitor production therefrom | |
| Okabe et al. | Production of tantalum powder by magnesiothermic reduction of feed preform | |
| Reveron et al. | Continuous supercritical synthesis and dielectric behaviour of the whole BST solidsolution | |
| Weber et al. | Mayenite-based electride C12A7e−: an innovative synthetic method via plasma arc melting | |
| Pak et al. | Production of HfTaTiNbZrC5 high-entropy carbide micropowder in the plasma of an atmospheric pressure arc discharge | |
| JPWO2018173491A1 (en) | Sintered body and method of manufacturing the sintered body | |
| RU2841156C1 (en) | METHOD OF PRODUCING POWDER OF SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY DIBORIDE OF COMPOSITION Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-B WITH HEXAGONAL LATTICE | |
| RU2824645C1 (en) | Method of producing molybdenum disilicide powder | |
| RU2811920C1 (en) | Method of producing powder based on chrome diboride | |
| RU2805065C1 (en) | Method for producing titanium diboride powder | |
| WO2008067156A2 (en) | Production of high-purity titanium monoxide and capacitor production therefrom |