Nowe tworzywa warstwowe w układzie $Ti-Al-C-N$

Abstract

Celem pracy było zbadanie możliwości syntezy mało dotąd poznanych związków z układu $Ti-AI-C-N$, określanych jako związki typu "312" oraz "H", będących interesującą grupą materiałów pod względem aplikacyjnym. W pracy postanowiono otrzymać poszukiwane proszki $Ti_{3}AIC_{2}, Ti_{2}AlN$ oraz $Ti_{3}Al (C, N)$, za pomocą metody samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS, będącej szczególnie skuteczna metodą do otrzymywania trudnych do sytntezy związków ceramicznych i międzymetalicznych. W wyniku przeprowadzonych prac dowiedziono możliwości syntezowania za pomocą metody SHS spiekalnych proszków będących prekursorami potrójnych materiałów z układu $Ti-AI-C-N$. Spieki wykonane z tych proszków charakteryzują się cechami specyficznymi dla materiałów typu nanolaminatów. W wypadku wszystkich poszukiwanych proszków konieczne okazały się syntezy wieloetapowe z wykorzystaniem jako prekursorów proszków materiałów międzymetalicznych z układu $Ti-AI$. Wykorzystywane do syntez prekursory międzymetaliczne z układu $Ti-Al$ otrzymane zostały we własnym zakresie. W wyniku syntez SHS otrzymano proszki $Ti_{3}AIC_{2}$ o wysokim stopniu czystości przekraczającym 80%wt. oraz $Ti_{2}AlN$ o zawartości 57% pożądanej fazy. W wypadku syntezy proszku poczwórnego powstaje związek $Ti(C, N)$ wraz z fazami towarzyszącymi zawierającymi glin. Uzyskane proszki spiekano pod ciśnieniem. Ustalono optymalna temperaturę, czas oraz atmosferę spiekania otrzymanych proszków, która dla $Ti_{3}AIC_{2}$zawiera się w przedziale 1300-1350°C natomiast dla $Ti_{2}AlN$ wynosi 1300°C, w wypadku tego ostatniego stwierdzono, że podczas spiekania następuje doreagowanie układu, w wyniku którego otrzymuje się spiek zawierający 96%wt. pożądanej fazy. Powyżej tych temperatur następuje przejście fazy heksagonalnej w fazę regularną. Zbadano następnie właściwości otrzymanych spieków takie jak własności sprężyste (moduł E, moduł G), gęstość, twardość i odporność na kruche pękanie $K_{lc}$. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono cechy charakterystyczne dla nanolaminatów. W wypadku materiału $TiAI (C, N)$ ustalono optymalne warunki spiekania i zaobserwowano interesującą strukturę otrzymanego materiału, w której skład wchodzą ziarna wzbogacone w tytan, węgiel oraz azot i otaczająca je faza wzbogacona w glin. Otrzymane spieki charakteryzowały się interesującymi właściwościami mechanicznymi.