РОЗДІЛ 2
ОТРИМАННЯ ЗРАЗКІВ ТА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Методи отримання і технологічні властивості керамічних матеріалів на основі нітридів титану та алюмінію і дібориду титану.
В роботі були отримані компактні зразки нітриду титану змінного складу по азоту TiN0.70, TiN0.97 та TiN1.00 (в області гомогенності), індивідуального дібориду титану TiB2, а також компактні зразки композиційних керамічних систем TiB2-AlN і TiВ2-TiN та проведені дослідження їх анодної поведінки в 3% розчині хлориду натрію, що імітував морську воду, за нормальних умов. Дослідження поверхонь означених зразків до і після анодного окиснення, що мали на меті з`ясування механізмів взаємодії означених матеріалів із середовищем, були проведені методами РФА та Оже-електронної спектроскопії.
Порошки нітридів титану в області гомогенності TiNх отримувались методом прямого азотування порошку йодидного титану в високоочищеному (осч) азоті за технологією, розробленою в ІПМ НАН України (відділ 30). Були отримані порошки складів TiN0,70, TiN0,97 та зразки порошку стехіометричного складу TiN1,00. Дисперсність отриманих порошків TiNх складала < 5 мкм. Наявність та кількість азоту в отриманих зразках визначалась хімічно за методом К`єркельдаля [105]. Хімічний склад порошку стехіометричного нітриду титану (мас.%) становив: N - 21,3; O - 0,3; Cзаг - 0,1; Fe - 0,1; Ti - 78,3.
Для компактування зразків нітриду титану в області гомогенності застосовувався метод гарячого пресування.
Відповідні наважки порошків TiNх розміщувались у прес-формі, що була виготовлена з високоміцного графіту марки МПГ - 7 та футерована нітридом бору для запобігання навуглеводнення зразків; порошки ущільнювалися без зв`язки, потім пресувалися без захисної атмосфери; тиск становив 30?35 МПа. За операцією пресування наступною стадією було відпалювання спресованих зразків у вакуумній печі СШВ при температурі 1473 К протягом 10 год з наступним повільним охолодженням. Температура нагріву контролювалася оптичним пірометром "Промінь".
Розміри отриманих після відпалення компактних зразків TiNх складали 6?6?3,6 мм, потім для видалення з поверхні зразків плівки, що могла карбідизуватись, зразки шліфувалися на плоскошліфувальному станку кругами зернистістю 80/64 та 28/20 мкм. Після шліфовки розміри зразків становили 5?5?3,5 мм.
Отримані зразки TiNх практично не містили заліза; вміст Fe визначався методом хімічного аналізу і становив Feзалиш< 0,01 % .
Отриманим зразкам нітридів титану притаманна закрита пористість від 3 до 5 % (макс. 8 %).
Виготовлення компактних зразків індивідуального TiВ2 було проведене в лабораторії кераміки University of Limoges (Університет м. Лімож, Франція) з використанням вихідного порошку дібориду титану виробництва фірми Starck.
Як було помічено, AlN є неелектропровідною сполукою, тому компактні зразки індивідуального AlN не отримувались внаслідок неможливості електрохімічних досліджень останніх; нітрид алюмінію входив до складу композитних матеріалів.
Формування зразків композитних керамік також було проведене в лабораторії кераміки Ліможського університету з використанням вихідних порошків нітриду алюмінію виробництва фірми Аtochem та порошків дібориду і нітриду титану виробництва фірми Starck. Хімічний склад вихідних порошків, застосованих у Франції, приведено в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Хімічний склад вихідних порошків виробництва фірм Аtochem і Starck
Порошок
(фірма)Вміст, мас.%Meазот/борCзагOFeTiN (Starck)77,16N: 22,100,090,600,045AlN (Atochem)65,70N: 33,000,20< 1,00< 0,05TiВ2 (Starck)66,78В: 31,40
N: 0,15 0,111,500,062
Склад порошку вихідного нітриду TiN, що застосовувався при формуванні компактних зразків, був близький до стехіометричного (TiN0,97) - з максимальним параметром гратки (рис. 1.1). Зовнішній вигляд структурних частинок вихідних порошків TiВ2 та TiN (виробництва фірми Starck) представлено на рис. 2.1.
а) TiB2
b) TiN
Рис. 2.1 Вигляд частинок вихідних порошків TiВ2 (d = 5,8 мкм) та TiN (d = 2,8 мкм).
Середні розміри частинок у вихідних порошках складали: TiN - 2,5?3,0 мкм; TiВ2 - 5,0?6,0 мкм; A1N < 1,5 мкм; визначена питома поверхня бориду титану та нітриду алюмінію в системі TiB2-AlN, наприклад, складала відповідно 0,6 та 2,5 м2 /г.
В лабораторії кераміки Ліможского університету для компактування зразків композиційних матеріалів TiВ2-A1N та TiВ2-TiN, електролітична корозія яких розглянута в пропонованій роботі, був застосований метод гарячого ізостатичного пресування (метод HIP).
Суміш вихідних порошків еквімолярного складу була розміщена в кварцевій ампулі і спікалася при температурі, що не перевищувала 2173 К, та під тиском до 220 МПа протягом 90 хв, тобто при всесторонньому стисненні в середовищі аргону або азоту. Причиною того, що для досліджень були вибрані композиційні зразки з еквімолярним співвідношенням вихідних компонентів (1:1) - композити TiВ2-TiN та TiB2-AlN - було те, що раніше в [79] було встановлено, що подібне співвідношення вихідних матеріалів дає можливість отримати найбільш корозійностійкий склад композиту системи TiN-AIN; тому зразки саме еквімолярного складу і були відібрані для досліджень.
Потрібно відмітити, що в TiN розчиняється до 3?7% дібориду титану, а розчинність нітриду титану в дібориді практично відсутня [106]. Отримані зразки TiВ2-A1N та TiВ2-TiN були практично безпористими, щільність > 99 %, але в отриманих компактних матеріалах мала місце певна неоднорідність градієнту складу.
Методом рентгенофазового аналізу було встановлено, що отримані компактні зразки композиційних матеріалів являють собою механічні суміші еквімолярного складу; хімічної взаємодії компонентів при гарячому ізостатичному пресуванні не відбулося. Наявність у всіх зразках кисню (~ 1%) визначалася мікрорентгеноспектральним аналізом.
Дослідження технологічних характеристик керамік TiB2-AlN та T