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

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 4 2021 157 MATERIAL SCIENCE эффект приносит его использование в качестве компонента абразивных паст для шлифования и полирования . Карбидосталями называют материалы , со - стоящие из сталей и карбидов с их массовым содержанием от 20 до 70 %. В качестве карби - дов обычно используют соединения титана и вольфрама . По свойствам и назначению они за - нимают промежуточное положение между бы - строрежущими сталями и твердыми сплавами . Карбидостали сочетают в себе свойства обеих составляющих : тугоплавкой твердой основы и стальной матрицы . Тугоплавкая составляю - щая обеспечивает сплаву твердость , прочность и износостойкость , а сталь – вязкость и пла - стичность . Карбидостали получают методами порошковой металлургии [12]. Карбид титана применяется для изготовления карбидосталей : Р 6 М 5 Ф 3–20% TiC ( жидкофазное спекание ); Р 6 М 5 К 5– КТ 20, 6 Х 6 В 3 МФС – КТ 20 ( горячее изо - статическое прессование ); 6 М 5 К 5– КТ 20 ( го - рячая экструзия ); Р 5 М 5 К 5–20% TiC ( горячее штампование ). Твердость этих карбидосталей составляет 86…90 HRA, прочность на изгиб 1300…2000 МПа [13]. Карбид бора характеризуется уникальной комбинацией низкой плотности (2,52 г / см 3 ), высокой твердости ( до 40 ГПа для горячепрес - сованных изделий ) и химической инертности в сочетании с высокой температурой плавления (2450 о С ), вследствие чего керамика из этого соединения нашла применение в ряде обла - стей современной техники [14]. Однако полу - чение плотной керамики из этого соединения является трудной задачей из - за низкого значе - ния коэффициента самодиффузии ( он является следствием сильной ковалентной связи между атомами бора и углерода ), низкой пластической деформации этого соединения и высокого со - противления скольжению между его зернами [15]. Перспективным направлением улучшения эксплуатационных характеристик керамики на основе карбида бора является использование модифицирующих добавок . Их присутствие активирует процесс спекания за счет снижения энергии активации , что приводит к уменьшению размеров зерен , увеличению плотности , проч - ности и трещиностойкости спеченных компози - ций . Для этой цели можно использовать дибори - ды переходных металлов , в частности диборид титана [16–19]. Цель данной работы – исследование про - цессов синтеза высокодисперсных порошков карбида и диборида титана , перспективных для изготовления режущего инструмента , износо - стойких покрытий , абразивов и керамики . Методика исследований Реагентами при синтезе карбида и диборида титана служили оксид титана TiO 2 ОСЧ 7-3 ТУ 6-09-3811-79 ( содержание основного вещества 99 масс .%), нановолокнистый углерод – НВУ ( величина удельной поверхности 150 м 2 / г , со - держание основного вещества 99 масс .% [20]) и высокодисперсный карбид бора ( средний размер частиц 2,1 мкм , содержание основного вещества 98,5 масс .% [21]). Эксперименты по получению карбида титана карботермическим методом проводились в печи сопротивления с графитовым нагревателем , а диборида титана – в индукционной печи тигельного типа ВЧ – 25 АВ . Рентгеновские исследования фазового состава образцов карбида и диборида тита - на проводились на дифрактометре ARL X ʼ TRA ( Thermo Electron SA ) с использованием CuK α излучения ( длина волны λ = 1,5406 Å). Диапа - зон углов 2 θ обычно составлял от 20° до 70°. Определение содержания титана и примесей в образцах карбида и диборида титана выполня - лось рентгеноспектральным флуоресцентным методом на анализаторе ARL–Advant’x c Rh- анодом рентгеновской трубки . Погрешность измерений – 1 %. Содержание общего углеро - да в образцах карбида титана определялось на приборе С -144 фирмы LECO. Погрешность из - мерений – 1 %. Определение содержания бора и прочих элементов для образцов диборида тита - на выполнялось методом атомно - эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой ( АЭС – ИСП ) на спектрометре IRIS Advantage (Thermo Jarrell Ash Corporation ). Погрешность измерений – 1 %. Морфология поверхности и размеры частиц образцов изучались на растро - вом электронном микроскопе Carl Zeiss Sigma ( Carl Zeiss ). Определение распределения разме - ров частиц / агрегатов выполнялось на лазерном анализаторе MicroSizer 201 ( ВА Инструментс ). Погрешность измерений <5%.