STUDY OF THE CHARACTERISTICS OF Ti-C POWDER OBTAINED BY PLASMA-CHEMICAL SYNTHESIS WITH MICROWAVE (MW) IRRADIATION

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

This article examines the current state and development prospects of the Russian market for titanium and its derivatives, particularly titanium carbide (TiC). Titanium carbide, with its outstanding mechanical properties, is widely used in various industrial applications, including the production of cutting tools and high-temperature materials. The review section of the article describes various methods for producing TiC, including high-temperature sintering and plasma technologies, providing a comprehensive picture of the technological and scientific approaches to obtaining and optimizing production processes and improving the quality of the final product. In this study, the selected approach for producing titanium carbide was the use of low-temperature plasma, additionally exposed to microwave radiation, implemented in a combined laboratory setup. Pure titanium oxide and various carbon-containing materials (carbidizers) were used for the model experiment. The conducted research demonstrates the use of a polynomial neural network model (PNNM), optimizing the plasma-chemical synthesis (PCS) parameters and the improving the qualitative and quantitative characteristics of the resulting product, depending on the input process conditions. Additional research tools, such as the finite element method, allowed us to obtain primary data for initial training of the PNM, specifically, to introduce dependencies of the physical parameters of the PCS process. The obtained experimental dependencies allowed us to retrain and configure the PNM, which, through adaptive learning, allows us to adjust the setup modes. In the future, the PNNM will help improve the PCS process and the characteristics of the resulting material, increasing equipment productivity, and even modifying the design features of individual components, such as the plasma torch. The results of chemical and spectral analysis of the synthesis products, consisting primarily of titanium carbide, are presented. Changes in the composition and structure of the resulting synthesis products after high-temperature plasma exposure are analyzed. The research results highlight the importance of exploring and improving technological approaches to the production and manufacture of refractory compounds, such as titanium carbide, with desired properties, which will enable the successful development and rapid deployment of Russian production facilities in the future.

About the authors

D. I. Balakhonov

Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Materials Science, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: karoxar@mail.ru
Khabarovsk, Russia

M. I. Dvornik

Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Materials Science, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Khabarovsk, Russia

S. V. Nikolenko

Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Materials Science, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Khabarovsk, Russia

References

  1. Емкость рынка титана в 2023 году превысила 18 тыс. тонн. Корпорация ВСМПО-АВИСМА – Москва, 2023. – URL: ttps://www.metalinfo.ru/ru/news/161102 (дата обращения 21 мая 2024 г.).
  2. Комплексный анализ рынка целевого рынка карбида титана – тенденции, прогноз и региональные идеи. Market Research Intellect – США, Вашингтон, округ Колумбия, 2025. – URL: https://www.marketresearchintellect.com/ru/product/global-titanium-carbide-sputtering-target-market/(дата обращения август 2025 г.).
  3. Богданов С.П. Синтез карбида титана в присутствии йода // Новые огнеупоры. 2015. №10. С. 57-62.
  4. Крутский Ю.Л., Максимовский Е.А., Петров Р.В., и др. Синтез карбида и диборида титана для металлообработки и получения керамики // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. 23. № 4. С. 155-166.
  5. Крутский Ю.Л., Баннов А.Г., Антонова Е.В., и др. Синтез высокодисперсного порошка карбида титана с использованием нановолокнистого углерода // Перспективные материалы. 2014. № 2. С. 60-65.
  6. Хидиров И., Парпиев А.С., Гетманский В.В., Махмудов Ш.А. Нейтронографическое исследование фазовых превращений на нижней границе области гомогенности кубического карбида титана TiCx // Журнал неорганической химии. 2022. 67. № 4. С. 483-491.
  7. Туманов Ю.H. Плазменные, высокочастотные, микроволновые и лазерные технологии в химико-металлургических процессах // М.: Физматлит. 2010.
  8. Anshakov A., Domarov P., Faleev V. Plasma devices for the synthesis and processing of powder materials // 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020), Virtual, Tomsk, Russia, September 14–26, 2020. Virtual, Tomsk, Russia: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2020.
  9. Пак А.Я., Якич Т.Ю., Мамонтов Г.Я. [и др.] Получение карбида титана в атмосферной электроразрядной плазме // Журнал технической физики. 2020. 90. № 5. С. 805-810.
  10. Balakhonov, D.I., Nikolenko S.V. Tungsten Borides Prepared from Tungsten-Containing Concentrate via Exposure to Microwave Plasma // Inorganic Materials. 2023. 59. № 6. P. 576-582.
  11. Балахонов Д.И., Макаров И.А. Плазмохимический синтез карбидов вольфрама из многокомпонентных оксидосодержащих концентратов // Расплавы. 2020. № 2. С. 113-123.
  12. Domarov P.V., Serikov V.A., Morev A.E., Cherednichenko O.S. Vacuum Plasmatrons with Hollow Cathode: Gas-Dynamic Plasma Processes in the Hollow Cathode // Journal of Engineering Thermophysics. 2023. 32. № 3. P. 603-626.
  13. Заякина С.Б. Исследования параметров плазмы и аналитических возможностей источников возбуждения спектров // Аналитика и контроль. 2005. 9. № 4. С 377-385.
  14. Шавелкина М.Б., Амиров Р.Х., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Спектроскопическое исследование плазменной струи гелия с добавками углеводородов // ТВТ. 2020. 58. № 3. С. 327–335.
  15. Горячев С.В., Хромов М. А., Кавыршин Д. И., и др. Скорость и температура плазменных струй и их изменение вносимыми в плазму искусственными оптическими неоднородностями // ТВТ. 2021. 59. №1. С. 41–50.
  16. Капсаламова, Ф. Р., Красиков С. А., Журавлев В. В. Особенности фазовых превращений при механохимическом легировании в композиции Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C // Расплавы. 2021. № 1. С. 79-89.
  17. Пак, А. Я. Закономерности и характеристики процессов получения керамических материалов на основе карбидов в условиях воздействия атмосферной электродуговой плазмы: специальность 13.80.00: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Пак Александр Яковлевич, 2022. 340 с.
  18. Прибытков Г.А., Фирсина И.А., Коржова В.В. [и др.] Исследование продуктов синтеза в порошковых смесях титана, углерода и алюминия // Известия вузов. Физика. 2021. 64. № 9(766). С. 92-98.
  19. Гордиенко П.С., Пашнина Е.В., Ярусова С. Б. Комплексная переработка ильменитового концентрата // Химическая технология. 2019. 20. № 14. С. 657–661.
  20. Гостищев В.В., Хосен Ри, Щекин А.В., Дзюба Г.С. Получение металлов и композиционных материалов с использованием минерального сырья Дальнего Востока // Хабаровск: изд-во ТОГУ. 2019. 230 с.
  21. Климова И.И., Особенности профессионально-ориентированного подхода к обучению иностранному языку // Фундаментальные и прикладные исследования кооперативного сектора экономики. 2015. № 1. С. 201-204.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).