Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Влияние углерода на структуру и свойства высокоэнтропийного монокарбида переменного состава (HfNbTaTiZr)Сx

А. Э. Ким, Е. В. Волокитина, Н. Г. Разумов, А. А. Попович

Аннотация


Исследованы процессы синтеза и спекания карбида перемененного состава в установке искрового плазменного спекания из механической смеси порошков высокоэнтропийного сплава HfNbTaTiZr и углеродной сажи. Содержание углерода в исходной смеси составляло от 30 до 65 % (ат.). Определено влияние углерода на размер элементарной ячейки однофазного карбида. Показано, что в процессе спекания количество углерода изменяется в результате его диффузии из графитовой пресс-формы и восстановления образующихся оксидов ZrO2 и HfO2. Проведены испытания на сжатие высокоэтропийного карбида (HfNbTaTiZr)Cx . Установлено, что прочность на сжатие в зависимости от состава карбида изменяется от 568 до 1395 МПа, а микротвердость — от 8,9 до 20,9 ГПа.


Ключевые слова


ультравысокотемпературная керамика; высокоэнтропийная керамика; механическое легирование; искровое плазменное спекание

Полный текст:

PDF

Литература


Kiryukhantsev-Korneev P. V., Chertova A. D., Rupasov S. I. et al. Oxidation-resistant coatings based on high-entropy alloy (MoTaNbZrHf)SiB with increased silicon content, deposited by magnetron sputtering // Prot. Met. Phys. Chem. Surfaces. 2024. V. 60, Is. 2. P. 167 – 177. DOI: 10.1134/ S2070205124701570

Kiryukhantsev-Korneev P. V., Chertova A. D., Chudarin F. I. et al. The structure and properties of high-entropy (MoTaNbZrHf)–Si–B coatings deposited by DCMS and HIPIMS methods using the multilayer target // Surf. Coatings Technol. 2024. V. 484. Art. 130797. DOI: 10.1016/j.surfcoat. 2024.130797

Chicardi E., García-Garrido C., Gotor F. J. Low temperature synthesis of an equiatomic (TiZrHfVNb)C5 high entropy carbide by a mechanically-induced carbon diffusion route // Ceram. Int. 2019. V. 45, Is. 17. P. 21858 – 21863. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.07.195

Luo S.-C., Guo W.-M., Fang Z.-L. et al. Effect of carbon content on the microstructure and mechanical properties of high-entropy (Ti0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2Mo0.2)Cx ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 42, Is. 2. P. 336 – 343. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.019

Gild J., Zhang Y., Harrington T. et al. High-entropy metal diborides: A new class of high-entropy materials and a new type of ultrahigh temperature ceramics // Sci. Rep. 2016. V. 6, Is. 1. Art. 37946. DOI: 10.1038/srep37946

Johansson K., Riekehr L., Fritze S., Lewin E. Multicomponent Hf – Nb – Ti – V – Zr nitride coatings by reactive magnetron sputter deposition // Surf. Coatings Technol. 2018. V. 349. P. 529 – 539. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.06.030

Braic M., Braic V., Balaceanu M. et al. Characteristics of (TiAlCrNbY)C films deposited by reactive magnetron sputtering // Surf. Coatings Technol. 2010. V. 204, Is. 12 – 13. P. 2010 – 2014. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.10.049

Wang Y., Csanádi T., Zhang H. et al. Enhanced hardness in high-entropy carbides through atomic randomness // Adv. Theory Simulations. 2020. V. 3, Is. 9. Art. 2000111. DOI: 10.1002/adts.202000111

Zhang H., Hedman D., Feng P. et al. A high-entropy B4(HfMo2TaTi)C and SiC ceramic composite // Dalt. Trans. 2019. V. 48, Is. 16. P. 5161 – 5167. DOI: 10.1039/C8DT04555K

Chen H., Xiang H., Dai F.-Z., et al. High porosity and low thermal conductivity high entropy (Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2)C // J. Mater. Sci. Technol. 2019. V. 35, Is. 8. P. 1700 – 1705. DOI: 10.1016/j.jmst.2019.04.006

Razumov N., Makhmutov T., Kim A., Popovich A. Synthesis of high-entropy carbides (TiTaNb)xHfyZrzC with strong thermal-oxidative resistant properties by mechanical alloying and spark plasma sintering // J. Mater. Res. Technol. 2023. V. 27. P. 7184 – 7194. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.11.121

Wang K., Lei Chen L., Xu C. et al. Microstructure and mechanical properties of (TiZrNbTaMo)C high-entropy ceramic // J. Mater. Sci. Technol. 2020. V. 39. P. 99 – 105. DOI: 10.1016/j.jmst.2019.07.056

Kim A. E., Ozerskoi N. E., Razumov N. G. et al. Synthesis of (TiTaNb)xHfyZrzC high-entropy carbides resistant to high thermal oxidation by mechanical alloying and spark plasma sintering // Powder Metall. аnd Funct. Coatings. 2024. V. 18, Is. 1. P. 40 – 51. DOI: 10.17073/1997-308X-2024-1-40-51

Guo H., Moskovskikh D., Yudin S. N. et al. Annealing of a (Hf0.2Ta0.2Ti0.2Nb0.2Zr0.2)C high-entropy ceramic up to 2100°C: In-situ removal of oxide impurities and microstructural modification // Ceram. Int. 2023. V. 49, Is. 23. P. 37872 – 37880. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.09.115

Feng L., Fahrenholtz W. G., Hilmas G. E. Low-temperature sintering of single-phase, high-entropy carbide ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102, Is. 12. P. 7217 – 7224. DOI: 10.1111/jace.16672

Razumov N., Makhmutov T., Kim A., Popovich A. Structure and properties of high-entropy boride ceramics synthesized by mechanical alloying and spark plasma sintering // Materials (Basel). 2023. V. 16, Is. 20. Art. 6744. DOI: 10.3390/ ma16206744

Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. M.: Машиностроение. 1996. 992 с.

Dong B.-X., Yang H.-Y., Qiu F. et al. Design of TiC nanoparticles and their morphology manipulating mechanisms by stoichiometric ratios: Experiment and first-principle calculation // Mater Des. 2019. V. 181. Art. 107951. DOI: 10.1016/ j.matdes.2019.107951




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.10.83-88

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026