Synthesis of titanium carbide and titanium diboride for metal processing and ceramics production

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 155 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Синтез карбида и диборида титана для металлообработки и получения керамики Юрий Крутский 1, a, * , Евгений Максимовский 2, b , Роман Петров 3, c , Ольга Нецкина 3, 4, d , Арина Ухина 5, e , Татьяна Крутская 6, f , Татьяна Гудыма 7, g 1 Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса , 20, г . Новосибирск , 630073, Россия 2 Институт неорганической химии им . А . В . Николаева СО РАН , пр . академика Лаврентьева , 3, г . Новосибирск , 630090, Россия 3 Институт катализа им . Г . К . Борескова СО РАН , пр . академика Лаврентьева , 5, г . Новосибирск , 630090, Россия 4 Новосибирский государственный университет , ул . Пирогова , 1, г . Новосибирск , 630090, Россия 5 Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН , ул . Кутателадзе , 18, г . Новосибирск , 630090, Россия 6 Новосибирский государственный архитектурно - строительный университет , ул . Ленинградская , 113, г . Новосибирск , 630008, Россия 7 Новосибирский химико - технологический колледж им . Д . И . Менделеева , ул . Садовая , 26, г . Новосибирск , 630102, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2524-4143, krutskii@yandex.ru , b https://orcid.org/0000-0002-1555-2719 , eugene@niic.nsc.ru, c https://orcid.org/0000-0002-2335-7032, petrov@catalysis.ru , d https://orcid.org/0000-0002-2323-7372, netskina@catalysis.ru , e https://orcid.org/0000-0003-1878-0538, auhina181@gmail.com , f https://orcid.org/0000-0001-8003-4523 , t.krutskaya@mail.ru , g https://orcid.org/0000-0002-4724-3371, gudymatan@mail.ru Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 4 с . 155–166 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-155-166 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 661.882 История статьи : Поступила : 26 августа 2021 Рецензирование : 24 сентября 2021 Принята к печати : 16 октября 2021 Доступно онлайн : 15 декабря 2021 Ключевые слова : Карбид титана Диборид титана Безвольфрамовые твердые сплавы Карбидостали Керамика Финансирование : Работа выполнена в соответствии с гос - заданием Минобрнауки ( код FSUN 2020- 0008). Благодарности : Исследования выполнены на оборудова - нии ЦКП « Структура , механические и физические свойства материалов ». АННОТАЦИЯ Введение . Карбид и диборид титана характеризуются высокими значениями твердости , химической инертностью и по этой причине широко используются в современной технике . В статье приведены сведения о синтезе карбида и диборида титана карботермическим и карбидоборным методами соответственно , об использовании карбида титана в качестве абра - зива и при изготовлении безвольфрамовых твердых сплавов , карбидосталей , износостойких покрытий , а также диборида титана при получении режущего инструмента и применении его в качестве модифицирующей добавки при изготовлении керамики из карбида бора . Целью работы является исследование процессов синтеза высокодисперсных порошков кар - бида и диборида титана , перспективных для изготовления режущего инструмента , износостойких покрытий , абразивов и керамики . Методы исследования . Реагентами при синтезе карбида и диборида титана служили оксид титана TiO 2 , наново - локнистый углерод ( НВУ ) и высокодисперсный карбид бора . Эксперименты по получению карбида титана проводились в печи сопротивления , а диборида титана – в индукционной печи . Рентгеновские исследования фазового состава образцов карбида и диборида титана проводились на дифрактометре ARL X ʼ TRA (Thermo Electron SA). Определение содержания титана и примесей в образцах карбида и диборида титана выполнялось рентгеноспектральным флуоресцентным методом на анализаторе ARL–Advant’x. Содержание общего углерода в образцах карбида титана определялось на приборе С -144 фирмы LECO. Определение содержания бора и прочих элементов для образцов диборида титана выполнялось методом атомно - эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой ( АЭС – ИСП ) на спектрометре IRIS Advantage (Thermo Jarrell Ash Corporation). Морфология поверхности и размеры частиц образцов изучались на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss Sigma. Определение распределения размеров частиц / агрегатов выполнялось на лазерном анализаторе MicroSizer 201 ( ВА Инструментс ). Результаты . В статье предложены технологические процессы получения высокодисперсных по - рошков карбида и диборида титана . Оптимальная температура синтеза карбида титана 2000…2100 о С , а диборида титана 1600…1700 о С . Содержание основного вещества находится на уровне 97,5…98,0 масс .%. Обсуждение . Предложен воз - можный механизм образования карбида и диборида титана , заключающийся в переносе паров оксидов титана на поверх - ность твердого углерода ( синтез карбида титана ) и паров бора и оксидов титана на поверхность твердого углерода ( синтез диборида титана ). Из - за высоких значений чистоты и дисперсности полученные порошки карбида и диборида титана могут быть использованы для изготовления режущего инструмента и керамики . По этой же причине полученный порошок карбида титана может быть использован в качестве абразивного материала для изготовления безвольфрамовых твердых сплавов , кар - бидосталей , износостойких покрытий , а порошок диборида титана – для приготовления режущего инструмента и керамики на основе карбида бора . Для цитирования : Синтез карбида и диборида титана для металлообработки и получения керамики / Ю . Л . Крутский , Е . А . Мак - симовский , Р . В . Петров , О . В . Нецкина , А . В . Ухина , Т . М . Крутская , Т . С . Гудыма // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 4. – С . 155–166. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-155-166. ______ * Адрес для переписки Крутский Юрий Леонидович , к . т . н ., доцент Новосибирский государственный технический университет , пр . К . Маркса , 20, 630073, г . Новосибирск , Россия Тел .: +7 -953-882-18-92, e-mail: krutskii@yandex.ru