Вплив спікання в умовах високих температур і тиску та механохімічного синтезу на кристалічну структуру монокарбідів TiC, ZrC, HfC

Abstract

Методом рентгенівської дифракції вивчено фазовий склад продуктів HPHT спікання (7,7 ГПа, 1600—2450 °С) систем cBN—TiC—Al, cBN—ZrC—Al та cBN—HfC—Al (об’ємне співвідношення компонентів шихти 60 : 35 : 5). Встановлено, що твердофазні реакції в цих системах ініціюються за температур баротермічної обробки, вищих за 2000 °С, і спричинюють утворення боридів відповідного металу (MeB₂) та AlN. На основі рентгеноструктурних розрахунків кристалічної структури окремих фазових складових показано, що за високих температур HPHT спікання бориди MeB₂ розчиняють невелику кількість алюмінію, а вихідні монокарбіди MeC перетворюються в карбіди MeCʹ, які в дійсності являють собою тверді розчини Me₁₋ₓAlₓC, що містять до ≈8, ≈7 та ≈6 ат. % Al для TiC, ZrC та HfC відповідно. Механізм накопичення алюмінію в металевій підґратці твердих розчинів Me₁₋ₓAlₓC здійснюється через попереднє утворення в структурах вихідних карбідів MeC вакансій, кількість яких корелює зі значенням ентальпії утворення цих карбідів.The phase composition of the HPHT sintering products (7.7 GPa, 1600-2450 °C) of the cBN—TiC—Al, cBN— ZrC—Al, and cBN—HfC—Al systems (with a volume ratio of charge components of 60 : 35 : 5) was studied using the X-ray diffraction method. It was observed that solid-state reactions in these systems initiate at barothermal treatment temperatures above 2000 °C, leading to the formation of MeB₂ borides (Me = Ti, Zr, or Hf) and AlN nitride. The crystal structure peculiarities of the individual phases formed in the HPHT sintering products were investigated. It was found that MeB₂ borides incorporate a small amount of aluminum, while the initial MeC carbides transform into Me₁₋ₓAlₓC solid solutions, with TiC, ZrC, and HfC containing ≈ 8, 7 and 6 % atomic percent of Al, respectively. The accumulation of aluminum atoms in the Me₁₋ₓAlₓC solid solutions occurs through the preliminary formation of Me vacancies, the quantity of which correlates with the enthalpy of formation of the initial MeC carbides.