Atmospheric-Pressure Synthesis of Titanium Carbide in an Arc Plasma Reactor

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This paper reports on titanium carbide synthesis in an atmospheric-pressure arc plasma reactor by exposing a stoichiometric starting mixture (Ti : C ~ 1 : 1.05) to a plasma jet. The phase composition of the synthesized TiC powder has been determined as a function of the time during which the starting mixture was exposed to a thermal plasma flow and the current (40–120 A) through the electric arc plasma source. The powders obtained under optimal conditions consist of the cubic titanium carbide phase and have a broad particle size distribution, with distinct agglomerates on the order of 50–100 μm in size. It is worth noting that the surface of the agglomerates has the form of a densified perforated crust (with a pore diameter no greater that 2 μm).

About the authors

A. A. Gumovskaya

Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering; National Research Tomsk Polytechnic University

Email: aag109@tpu.ru
634003, Tomsk, Russia; 634050, Tomsk, Russia

V. V. Shekhovtsov

Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering

Email: shehovcov2010@yandex.ru
634003, Tomsk, Russia

A. Ya. Pak

Tomsk Polytechnic University

Email: grinko_aa@surgu.ru
Tomsk, 634050 Russia

R. D. Gerasimov

Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering; National Research Tomsk Polytechnic University

Email: aag109@tpu.ru
634003, Tomsk, Russia; 634050, Tomsk, Russia

O. G. Volokitin

Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering

Email: aag109@tpu.ru
634003, Tomsk, Russia

G. Ya. Mamontov

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: aag109@tpu.ru
634050, Tomsk, Russia

References

  1. Bonis A. De Formation of Titanium Carbide (TiC) and TiC@C Core-Shell Nanostructures by Ultra-Short Laser Ablation of Titanium Carbide and Metallic Titanium in Liquid // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 489. P. 76–84. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.08.078
  2. Cho D. Synthesis of Titanium Carbide–Carbon Nanofibers via Carbothermal Reduction of Titania with Carbon // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 9. P. 10974–10979. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.05.041
  3. Dong Q. Functionalized Titanium Carbide as Novel Catalyst Support for Pd Catalyzed Electrochemical Reaction // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. № 5. P. 3206–3214. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.09.217
  4. Ghidiu M. Conductive Two-Dimensional Titanium Carbide “Clay” with High Volumetric Capacitance // Nature. 2014. V. 516. P. 78–81. https://doi.org/10.1038/nature13970
  5. Ghosh S. Synthesis of Titanium Carbide Nanoparticles by Wire Explosion Process and Its Application in Carbon Dioxide Adsorption // J. Alloys Compd. 2019. V. 794. P. 645–653. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.299
  6. Gusev A. I. Phase Equilibria, Phases and Compounds in the TiC System // Russ. Chem. Rev. 2002. V. 71. № 6. P. 439–463. https://doi.org/10.1070/RC2002v071n06ABEH000721
  7. Kunkel C. Combining Theory and Experiment for Multitechnique Characterization of Activated CO2 on Transition Metal Carbide (001) Surfaces // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 13. P. 7567–7576. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b12227
  8. Lin S. Y., Zhang X. Two-Dimensional Titanium Carbide Electrode with Large Mass Loading for Supercapacitor // J. Power Sources. 2015. V. 294. P. 354–359. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.06.082
  9. Luo Y. A Long Cycle Life Asymmetric Supercapacitor Based on Advanced Nickel-Sulfide/Titanium Carbide (Mxene) Nanohybrid and MXene Electrodes // J. Power Sources. 2020. V. 450. P. 227694. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227694
  10. Rasaki S. A. Synthesis and Application of Nano-Structured Metal Nitrides and Carbides: A Review // Prog. Solid State Chem. 2018. V. 50. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2018.05.001
  11. Shekhovtsov V.V., Skripnikova N.K., Volokitin O.G. Phase Transitions in SiO2 Nanopowder Synthesized by Electric Arc Plasma // IEEE Trans. plasma Sci. 2021. V. 49. № 9. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3091138
  12. Syamsai R. Synthesis and Properties of 2D-Titanium Carbide MXene Sheets towards Electrochemical Energy Storage Applications // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 16. P. 13119–13126. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.07.003
  13. Крылова Т.А. Коррозионная стойкость и износостойкость покрытий, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки тугоплавких карбидов на низкоуглеродистую сталь // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 3. С. 343–347. https://doi.org/10.31857/S0002337X20030094
  14. Сеплярский Б.С. Фазовый состав и структурa продуктов синтеза карбида титана с никелевой связкой // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 11. С. 1169–1175. https://doi.org/10.1134/S0002337X19110113

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (116KB)
3.

Download (215KB)
4.

Download (193KB)
5.

Download (1MB)
6.

Download (3MB)

Copyright (c) 2023 А.А. Гумовская, В.В. Шеховцов, А.Я. Пак, Р.Д. Герасимов, О.Г. Волокитин, Г.Я. Мамонтов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».