Воздействие сверхзвукового потока азота на керамический материал Ta4HfC5–SiC

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено поведение керамического материала Ta4HfC5–30 об. % SiC под воздействием сверхзвукового потока диссоциированного азота, что необходимо для оценки перспектив применения подобных материалов в бескислородных газовых средах при температурах >1800°C. Установлено, что в результате нагрева поверхности до ~2020°C через несколько минут наблюдается уменьшение температуры до ~1915°C с последующим медленным снижением до 1881°С. Вероятно, это связано с протекающими на поверхности химическими процессами и формированием чрезвычайно шероховатой микроструктуры. Определена скорость уноса, показано, что ни при вводе образца в высокоэнтальпийную струю азота, ни при резком охлаждении (падение температуры на ~880°С за 9–10 с) не наблюдается растрескивания образца или отслоения приповерхностной области. Данные РФА и Раман-спектроскопии позволяют говорить о полном удалении из поверхностного слоя карбида кремния и преобразовании сложного карбида тантала-гафния в соответствующий нитрид.

Об авторах

Е. П. Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

Н. П. Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

А. Ф. Колесников

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Россия, 119526, Москва, пр-т Вернадского, 101, корп. 1

А. В. Чаплыгин

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, 119526, Москва, пр-т Вернадского, 101, корп. 1

Е. К. Папынов

Дальневосточный федеральный университет

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, 690922, п. Аякс, 10, о. Русский, Владивосток

О. О. Шичалин

Дальневосточный федеральный университет

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, 690922, п. Аякс, 10, о. Русский, Владивосток

А. А. Белов

Дальневосточный федеральный университет

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, 690922, п. Аякс, 10, о. Русский, Владивосток

И. А. Нагорнов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

А. С. Мокрушин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

Н. Т. Кузнецов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: egorova.offver@gmail.com
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

Список литературы

  1. He R., Fang L., Han T. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 13. P. 5220. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.06.039
  2. Calzolari A., Oses C., Toher C. et al. // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 5993. https://doi.org/10.1038/s41467-022-33497-1
  3. Esmaeili M.M., Mahmoodi M., Mokhtarzade A. et al. // J. Mater. Eng. Perform. 2022. V. 31. № 9. P. 7719. https://doi.org/10.1007/s11665-022-06766-9
  4. Kelly J.P., Vakharia V.S., Novitskaya E. et al. // Adv. Eng. Mater. 2022. V. 24. № 8. P. 2200026. https://doi.org/10.1002/adem.202200026
  5. Geng X., Xu W., Huang X. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2022. V. 105. № 7. P. 4942. https://doi.org/10.1111/jace.18416
  6. Savvatimskiy A.I., Onufriev S.V., Valyano G.V. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 14. P. 19655. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.03.102
  7. Shcherbakov V.A., Gryadunov A.N., Semenchuk I.E. et al. // Int. J. Self-Propagating High-Temperature Synth. 2022. V. 31. № 2. P. 57. https://doi.org/10.3103/S1061386222020091
  8. Jin X., Hou C., Zhao Y. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 23. P. 35445. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.08.147
  9. Wang P., Xu Z., Qin B. et al. // Vacuum. 2022. V. 205. P. 111464. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111464
  10. Cheng Z., Lu W., Chen L. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 13. P. 5280. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.05.068
  11. Zhao S. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 13. P. 5290. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.05.046
  12. Li Z., Chen L., Chang F. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 20. P. 30826. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.036
  13. Xia M., Lu N., Chen Y. et al. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2022. V. 107. P. 105859. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105859
  14. Mao H.-R., Dong E.-T., Jin S.-B. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 10. P. 4053. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.03.054
  15. Schwind E.C., Reece M.J., Castle E. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2022. V. 105. № 6. P. 4426. https://doi.org/10.1111/jace.18400
  16. Guo W., Hu J., Ye Y. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 9. P. 12790. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.149
  17. Wolfe D.E., Albert P.E., Ryan C.J. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 2. P. 327. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.014
  18. Zou X., Ni D., Chen B. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2021. V. 104. № 12. P. 6601. https://doi.org/10.1111/jace.18007
  19. Zhang Y., Li S., Li N. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 884. P. 161040. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161040
  20. Simonenko E.P., Ignatov N.A., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2011. V. 56. № 11. P. 1681. https://doi.org/10.1134/S0036023611110258
  21. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Petrichko M.I. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 11. P. 1317. https://doi.org/10.1134/S0036023619110196
  22. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Lysenkov A.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 3. P. 446. https://doi.org/10.1134/S0036023620030146
  23. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 2. P. 1088. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.10.001
  24. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 12. P. 1887. https://doi.org/10.1134/S0036023621120172
  25. Agte C., Alterthum H. // Z. Techn. Phys. 1930. V. 6. P. 182.
  26. Andrievskii R.A., Strel’nikova N.S., Poltoratskii N.I. et al. // Powder Met. Ceram. 1967. V. 6. № 1. P. 65. https://doi.org/10.1007/BF00773385
  27. Cedillos-Barraza O., Manara D., Boboridis K. et al. // Sci. Rep. 2016. V. 6. № 1. P. 37962. https://doi.org/10.1038/srep37962
  28. Savvatimskiy A.I., Onufriev S.V., Muboyadzhyan S.A. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. № 4. P. 907. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.030
  29. Pierson H.O. // Handbook of Refractory Carbides and Nitrides: Properties, Characteristics, Processing and Applications, Park Ridge: Noyes Publications, 1996.
  30. Самсонов Г.В. // Тугоплавкие соединения. Справочник по свойствам и применению. M.: Металлургиздат, 1963.
  31. Shapkin N.P., Papynov E.K., Shichalin O.O. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 5. P. 629. https://doi.org/10.1134/S0036023621050168
  32. Sun J., Zhao J., Chen Y. et al. // Composites, Part B: Eng. 2022. V. 231. P. 109586. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109586
  33. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Papynov E.K. et al. // Ceraics. Int. 2023. V. 49. № 6. P. 9691–9701. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.140
  34. Zhang B., Yin J., Chen J. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 4. P. 1227. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.10.025
  35. Zhang B., Yin J., Huang Y. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 16. P. 5610. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.08.021
  36. Zhang H., Akhtar F. // Ceramics. 2020. V. 3. № 3. P. 359. https://doi.org/10.3390/ceramics3030032
  37. Vinci A., Zoli L., Sciti D. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. № 4. P. 780. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.017
  38. Zhang C., Zhang Y., Cao K. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 5. P. 6463. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.09.229
  39. Rana D., Balani K. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2023. V. 110. P. 106024. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.106024
  40. Xu J., Zhao F., He S. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2022. V. 105. № 6. P. 3838. https://doi.org/10.1111/jace.18380
  41. Sharma S.K., Chaudhary K., Gupta Y. et al. // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2022. V. 19. № 3. P. 1691. https://doi.org/10.1111/ijac.13993
  42. Liu C., Wang A., Tian T. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 15. P. 7469. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.07.047
  43. Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Sakharov V.I. // Fluid Dyn. 2017. V. 52. № 6. P. 786. https://doi.org/10.1134/S0015462817060076
  44. Carandente V., Savino R., Esposito A. et al. // Exp. Therm. Fluid Sci. 2013. V. 48. P. 97. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.02.012
  45. Kolesnikov A.F., Lukomskii I.V., Sakharov V.I. et al. // Fluid Dyn. 2021. V. 56. № 6. P. 897. https://doi.org/10.1134/S0015462821060070
  46. Kolesnikov A.F., Kuznetsov N.T., Murav’eva T.I. et al. // Fluid Dyn. 2022. V. 57. № 4. P. 513. https://doi.org/10.1134/S0015462822040061
  47. Lukomskii I.V., Chaplygin A.V., Kolesnikov A.F. // A device for measuring the heat flux to the surface of a material heated in a jet of high-enthalpy gas to a high temperature, Patent RU 205572, 2021.
  48. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Kolesnikov A.F. et al. // Materials (Basel). 2022. V. 15. № 23. P. 8507. https://doi.org/10.3390/ma15238507
  49. Feng L., Kim J.-M., Lee S.-H. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. № 4. P. 1129. https://doi.org/10.1111/jace.14144
  50. Jiang J., Wang S., Li W. // J. Am. Ceram. Soc. 2016. V. 99. № 10. P. 3198. https://doi.org/10.1111/jace.14436
  51. Burdick C.L., Owen E.A. // J. Am. Chem. Soc. 1918. V. 40. № 12. P. 1749. https://doi.org/10.1021/ja02245a001
  52. Wyckoff R.W.G. // Cryst. Struct. 1963. V. 1. P. 85.
  53. Rudy E. // Metall. Mater. Trans. B. 1970. V. 1. № 5. P. 1249. https://doi.org/10.1007/BF02900238
  54. Zerr A., Miehe G., Riedel R. // Nat. Mater. 2003. V. 2. № 3. P. 185. https://doi.org/10.1038/nmat836
  55. Gatterer J., Dufek G., Ettmayer P. et al. // Monatsh. Chem. – Chem. Mon. 1975. V. 106. № 5. P. 1137. https://doi.org/10.1007/BF00906226
  56. Aleshina L.A., Loginova S.V. // Crystallogr. Reports. 2002. V. 47. № 3. P. 415. https://doi.org/10.1134/1.1481927
  57. Whittle K.R., Lumpkin G.R., Ashbrook S.E. // J. Solid State Chem. 2006. V. 179. № 2. P. 512. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2005.11.011
  58. Ohtaka O., Yamanaka T., Kume S. // J. Ceram. Soc. Japan. 1991. V. 99. № 1153. P. 826. https://doi.org/10.2109/jcersj.99.826
  59. Wipf H., Klein M.V., Williams W.S. // Phys. Status Solid. 1981. V. 108. № 2. P. 489. https://doi.org/10.1002/pssb.2221080225
  60. Tallo I., Thomberg T., Kurig H. et al. // Carbon. 2014. V. 67. P. 607. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.10.034
  61. Stoehr M., Shin C.-S., Petrov I. et al. // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. № 12. P. 123509. https://doi.org/10.1063/1.2748354
  62. Valleti K. // J. Vac. Sci. Technol., A: Vacuum. Surfaces. Film. 2009. V. 27. № 4. P. 626. https://doi.org/10.1116/1.3136858
  63. Wu R., Zhou B., Li Q. et al. // J. Phys. D. Appl. Phys. 2012. V. 45. № 12. P. 125304. https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/12/125304
  64. Devan R.S., Ho W.-D., Wu S.Y. et al. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. № 3. P. 498. https://doi.org/10.1107/S002188981000796X

Дополнительные файлы


© Е.П. Симоненко, Н.П. Симоненко, А.Ф. Колесников, А.В. Чаплыгин, Е.К. Папынов, О.О. Шичалин, А.А. Белов, И.А. Нагорнов, А.С. Мокрушин, Н.Т. Кузнецов, 2023