[]

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Получение карбонитрида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в течение десятилетий выполнялось путем сжигания порошковой смеси в атмосфере азота при высоком давлении (до 80 атм). В данной работе впервые выполнено исследование синтеза карбонитрида титана в бомбе постоянного давления из гранулированных смесей. Исследована зависимость содержания азота в карбонитриде от условий синтеза из смесей Ti + 0.5C и TiC + Ti: давление газа в процессе синтеза, комбинации низкого давления при сгорании смеси и более высокого при остывании образца. Проведено сравнение карбонитридов титана, синтезированных из гранулированных смесей в бомбе постоянного давления и в проточном реакторе при давлении, не превышающем 1 атм. Химический анализ показал, что содержание азота в продукте, полученном в бомбе постоянного давления, достигает 5.1% (под давлением 16 атм), а в проточном реакторе (перепад давлений 1 атм) – 8%. Замена исходного состава Ti + 0.5C на TiC + Ti привела к повышению содержания азота в продукте из бомбы постоянного давления до 9%, а из проточного реактора – до 9.4%. Синтез карбонитрида титана из гранулированной шихты в проточном реакторе не требует высокого давления азота, обеспечивает получение карбонитрида, близкого по составу к TiC0.5N0.5, и является перспективным для масштабирования процесса.

About the authors

B. S. Seplyarskii

Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science named after A. G. Merzhanov

Email: seplb1@mail.ru
Academician Osipyan St., 8, Chernogolovka, Moscow Region, 142432 Russia

N. I. Abzalov

Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science named after A. G. Merzhanov

Academician Osipyan St., 8, Chernogolovka, Moscow Region, 142432 Russia

R. A. Kochetkov

Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science named after A. G. Merzhanov

Academician Osipyan St., 8, Chernogolovka, Moscow Region, 142432 Russia

O. M. Miloserdova

Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science named after A. G. Merzhanov

Academician Osipyan St., 8, Chernogolovka, Moscow Region, 142432 Russia

T. G. Lisina

Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science named after A. G. Merzhanov

Academician Osipyan St., 8, Chernogolovka, Moscow Region, 142432 Russia

References

  1. Zhang S. Titanium Carbonitride-Based Cermets: Processes and Properties // Mater. Sci. Eng., A. 1993. V. 163. № 1. P. 141–148. https://doi.org/10.1016/0921-5093(93)90588-6
  2. Yang Q., Lengauer W., Koch T., Scheerer M., Smid I. Hardness and Elastic Properties of Ti (CxN1–x), Zr(CxN1–x) and Hf(CxN1–x) // J. Alloys Compd. 2000. V. 309. P. L5–L9. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)01057-4
  3. Cardinal S., Malchère A., Garnier V., Fantozzi G. Microstructure and Mechanical Properties of TiC–TiN-Based Cermets for Tools Application // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. V. 27. P. 521–527. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2008.10.006
  4. Kenzhegulov A., Mamaeva A., Panichkin A., Alibekov Z., Kshibekova B., Bakhytuly N., Wieleba W. Comparative Study of Tribological and Corrosion Characteristics of TiCN, TiCrCN, and TiZrCN Coatings // Coatings. 2022. V. 12. № 5. 564. https://doi.org/10.3390/coatings12050564
  5. Jiaojiao G., Jinpeng S., Ping P., Weiqi M. Effect of Sintering Temperature on Residual Stress, Microstructure and Mechanical Properties of TiC-HfN/TiC–TiN Laminated Ceramic // Ceram. Int. 2023. V. 49. № 23. P. 38432–38438. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.09.294
  6. Matei A.A., Pencea I., Stanciu S.G., Hristu R., Antoniac I., Ciovica E., Stanciu G.A. Structural Characterization and Adhesion Appraisal of TiN and TiCN Coatings Deposited by CAE-PVD Technique on a New Carbide Composite Cutting Tool // J. Adhes. Sci. Technol. 2015. V. 29. № 23. P. 2576–2589. https://doi.org/10.1080/01694243.2015.1075857
  7. Azadi M., Sabour Rouhaghadam A., Ahangarani S. A Review on Titanium Nitride and Titanium Carbide Single and Multilayer Coatings Deposited by Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition // Int. J. Eng., B. 2016. V. 29. № . 5. P. 677–687. https://doi.org/10.5829/idosi.ije.2016.29.05b.12
  8. Pastor H. Titanium-Carbonitride-Based Hard Alloys for Cutting Tools // Mater. Sci. Eng., A. 1988. V. 105–106. Pt. 2. P. 401–409. https://doi.org/10.1016/0025-5416(88)90724-0
  9. Xiang J., Xie Z., Huang Y., Xiao H. Synthesis of Ti(C, N) Ultrafine Powders by Carbothermal Reduction of TiO2 Derived from Sol–Gel Process // J. Eur. Ceram. Soc. 2000. V. 20. № 7. P. 933–938. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(99)00210-1
  10. Mu Y., Wang M., Yu D. Synthesis of Ti(CN) Powders by Combustion Reaction from Ti Powder and a Novel Carbon–Nitrogen Precursor // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2011. V. 29. № 2. P. 326–328. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2010.10.001
  11. Chen X., Xu J., Xiong W., Zhou S., Chen S. Mechanochemical Synthesis of Ti(C,N) Nanopowder from Titanium and Melamine // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. V. 50. P. 152–156. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2015.01.003
  12. Shen G., Tang K., An C., Yang Q., Wang C., Qian Y. A Simple Route to Prepare Nanocrystalline Titanium Carbonitride // Mater. Res. Bull. 2002. V. 37. № 6. P. 1207–1211. https://doi.org/10.1016/S0025-5408(02)00736-5
  13. Alexandrovskii S.V., Sizyakov V.M., Li D.V., Geilikman M.B., Ratner A.K. Synthesis Method of Titanium Carbonitride: Patent RF 2175021, 20 October 2001.
  14. Авакян А.Б., Баграмян А.П., Боровинская И.П., Григорян С.Л., Мержанов А.Г. Синтез карбонитридов переходных металлов // Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975. С. 98–113.
  15. Мержанов А.Г., Боровинская И.П., Володин Ю.Е. О механизме горения пористых металлических образцов в азоте // Докл. АН СССР. 1972. Т. 206. № 4. С. 905–908.
  16. Agrafiotis C.C., Puszynski J.A., Lavacek V.H. Experimental Study on the Synthesis of Titanium and Tantalum Nitrides in the Self-Propagating Regime // Combust. Sci. Technol. 1991. V. 76. № 4–6. P. 187–218. https://doi.org/10.1080/00102209108951709
  17. Carole D., Fréty N., Paris S., Vrel D., Bernard F., Marin-Ayral R.-M. Microstructural Study of Titanium Carbonitride Produced by Combustion Synthesis // Ceram. Int. 2007. V. 33. № 8. P. 1525–1534. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2006.06.002
  18. Eslamloo-Grami M., Munir Z.A. The Mechanism of Combustion Synthesis of Titanium Carbonitride // J. Mater. Res. 1994. V. 9. № 2. P. 431–435.
  19. Yeh C.L., Chen Y.D. Direct Formation of Titanium Carbonitrides by SHS in Nitrogen // Ceram. Int. 2005. V. 31. № 5. P. 719–729. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.07.013
  20. Костин С.В, Барзыкин В.В. Предел фильтрационно-диффузионного горения порошка титана в азоте при наличии дегазации // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37. № 3. С. 58–63.
  21. Щербаков В.А., Сычев А.Е., Штейнберг А.С. Макрокинетика дегазации в процессе СВС // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 22. № 4. С. 55–61.
  22. Сеплярский Б.С., Брауэр Г.Б., Тарасов А.Г. Экспериментальное исследование горения “безгазовой” системы Ti + 0.5C в спутном потоке азота // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47. № 3. С. 52–59.
  23. Сеплярский Б.С., Тарасов А.Г., Кочетков Р.А., Ковалев И.Д. Закономерности горения смеси Ti + TiC в спутном потоке азота // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 3. С. 61–67.
  24. Korchagin M.A., Dudina D.V., Gavrilov A.I., Bokhonov B.B., Bulina N.V., Panin A.V., Lyakhov N.Z. Combustion of Titanium–Carbon Black High-Energy Ball-Milled Mixtures in Nitrogen: Formation of Titanium Carbonitrides at Atmospheric Pressure // Materials. 2020. V. 13. № 8. 1810. https://doi.org/10.3390/ma13081810
  25. Сеплярский Б.С. Природа аномальной зависимости скорости горения безгазовых систем от диаметра // Докл. АН. 2004. Т. 396. № 5. С. 640–643.
  26. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А. Исследование закономерностей горения порошковых и гранулированных составов Ti + xC (x > 0.5) в спутном потоке газа // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 9. С. 21–31. https://doi.org/10.7868/S0207401X17090126
  27. Сеплярский Б.С., Тарасов А.Г., Кочетков Р.А. Экспериментальное исследование горения “безгазового” гранулированного состава Ti + 0.5C в спутном потоке аргона и азота // Физика горения и взрыва. 2013. № 5. С. 55–63.
  28. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A. Granulation as a Tool for Stabilization of SHS Reactions // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. V. 26. № 2. P. 134–136. https://doi.org/10.3103/S106138621702011X
  29. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979. 176 с.
  30. Мержанов А.Г., Рогачев А.С., Умаров Л.М., Кирьяков Н.В. Экспериментальное исследование газовой фазы, образующейся в процессах самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 3. № 4. С. 55–64.
  31. Тарасов А.Г., Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Баринов Ю.Н. Влияние содержания водорода в титане на структуру фронта и особенности горения гранулированной смеси Ti + 0.5С в спутном потоке азота // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 3. С. 77–83. https://doi.org/10.7868/S0207401X16030110

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».