- Код статьи
- S30346215S0015323025070101-1
- DOI
- 10.7868/S3034621525070101
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 126 / Номер выпуска 7
- Страницы
- 826-832
- Аннотация
- Предложена модель, позволяющая объяснить причины аномальной диффузии углерода в карбиде вольфрама при электроимпульсном плазменном спекании (ЭИПС) порошков состава α-WC + WC. Явление аномально глубокого проникновения углерода в керамику из карбида вольфрама при ЭИПС порошковой заготовки в графитовой оснастке, обнаруженное в предшествующих работах авторов, проявляется в возникновении на поверхности керамики аномально глубокого слоя (толщиной ∼ 50 мкм) чистого монокарбида вольфрама α-WC. Появление этого слоя обусловлено восстановлением полукарбида вольфрама WC при его взаимодействии с углеродом, диффундирующим с поверхности оснастки. Толщина восстановленного слоя (~ 50 мкм) на несколько порядков превышает значения, которые следуют из вычислений глубины диффузии углерода при табличных значениях энергии активации диффузии углерода в карбиде вольфрама. В основе модели лежит предположение, что для осуществления фазового превращения WC→α-WC, при котором, вследствие перестройки атомно-кристаллической структуры, происходит изменение объема элементарной ячейки, необходимо обеспечить не только поток дополнительного углерода к поверхности частиц WC, но и образование дополнительного объема, величина которого пропорциональна изменению плотности при данном фазовом превращении (~ 10%). Создание дополнительного объема обеспечивается потоком неравновесных вакансий с поверхности образца. Концентрация таких вакансий пропорциональна величине изменения плотности при фазовом превращении WC→α-WC и объемной доле частиц WC, и в данном случае на несколько порядков превышает равновесную концентрацию вакансий в карбиде вольфрама. Появление таких вакансий в системе способствует осуществлению ускоренной диффузии углерода в карбиде вольфрама. Модель позволяет оценить изменение коэффициента диффузии и рассчитать глубину проникновения углерода в спекаемый материал.
- Ключевые слова
- карбид вольфрама электроимпульсное плазменное спекание диффузия углерода фазовые превращения
- Дата публикации
- 03.09.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 41
Библиография
- 1. Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. Учебное пособие для вузов. М.: МИСИС, 2001. 428 с.
- 2. Самсонов Г.В., Витрянюк В.К., Чаплыгин Ф.И. Карбиды вольфрама. К.: Наукова думка, 1974. 176 с.
- 3. Olevsky E.A., Dudina D.V. Field-Assisted Sintering: Science and Applications. Springer. Cham, 2018. 425 p.
- 4. Cha S.I., Hong S.H. Microstructures of binderless tungsten carbides sintered by spark plasma sintering process // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 356. No. 1–2. P. 381–389.
- 5. Zhao J., Holland T., Unuvar C., Munir Z.A. Sparking plasma sintering of nanometric tungsten carbide // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. V. 27. No. 1. P. 130–139.
- 6. Chuvildeev V.N., Panov D.V., Boldin M.S., Nokhrin A.V., Blagoveshchensky Yu.V., Sakharov N.V., Shotin S.V., Koikov D.N. Structure and properties of advanced materials obtained by Spark Plasma Sintering // Acta Astronaut. 2015. V. 109. P. 172–176.
- 7. Tokita M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applications, in: Somiya S. (Eds.), Handbook of Advanced Ceramics: Materials, Applications, Processing, and Properties (Second Edition). Cambridge: Academic Press, 2013. P. 1149–1177.
- 8. Стормс Э. Тугоплавкие карбиды. М.: Атомиздат, 1970. 305 с.
- 9. Гусев А.Н. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. 2–е изд., испр. М.: Физматти, 2009. 414 с.
- 10. Благовещенский Ю.В., Исаева Н.В., Синайский М.А., Анкудинов А.Б., Зеленский В.А. Регулирование свойств нанопорошков тугоплавких карбидов // Перспективные материалы. 2018. № 1. С. 66–73.
- 11. Исаева Н.В., Благовещенский Ю.В., Благовещенская Н.В., Мельник Ю.И., Самохин А.В., Алексеев Н.В., Асташов А.Г. Получение нанопорошков карбидов и твердосплавных смесей с применением низкотемпературной плазмы // Изв. Вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 3. С. 7–14.
- 12. Курлов А.С., Гусев. А.И. Физика и химия карбидов вольфрама. М.: Физматти, 2013. 272 с.
- 13. Suetin D.V., Shein I.R., Ivanovskii A.L. Structural, electronic and magnetic properties of n carbides (Fe₃W₃C, Fe₃W₆C, Co₃W₃C and Co₆W₆C) from first principles calculations // Phys. B: Condens. Matter. 2009. V. 404. No. 20. P. 3544–3549.
- 14. Smetanina K.E., Andreev P.V., Lantsev E.A., Nokhrin A.V., Murashov A.A., Isaeva N.V., Blagoveshchenskii Yu.V., Boldin M.S., Chuvildeev V.N. Nonuniform distribution of crystalline phases and grain sizes in the surface layers of WC ceramics produced by spark plasma sintering // Coat. 2023. V. 13. No. 6. P. 1051.
- 15. Мерер Х. Диффузия в твердых телах. Монография. Пер. с англ. Научное издание. Долгопрудный: “Интеллект”, 2011. 536 с.
- 16. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. Введение в физику поверхности / Отв. ред. Сергиенко В.И. М.: Наука, 2006. 490 с.
- 17. Физическое металловедение: в 3-х т., 3-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Р.У. Кана, П. Хаазена Т. 2: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1987. 624 с.
- 18. Орлов А.Н., Трушин Ю.В. Энергии точечных дефектов в металлах. М.: Энергоатомиздат, 1983. 80 с.
- 19. Buhsmer C., Crayton P. Carbon self-diffusion in tungsten carbide // J. Mater. Sci. 1971. V. 6. P. 981–988.
- 20. Красовский П.В., Благовещенский Ю.В., Григорович К.В. Определение содержания кислорода в нанопорошках системы W—C—Co // Неорганические материалы. 2008. Т. 44. № 9. С. 1074–1079.
- 21. Курлов А.С., Гусев А.И. Вакуумный отжиг нанокристаллических порошков WC // Неорганические материалы. 2012. Т. 48. № 7. С. 781–791.
- 22. Lee G., McKittrick J., Ivanov E., Olevsky E.A. Densification mechanism and mechanical properties of tungsten powder consolidated by spark plasma sintering // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. V. 61. P. 22–29.
- 23. Дергунова В.С., Левинский Ю.В., Шуршаков А.Н., Кравецкий Г.А. Взаимодействие углерода с тугоплавкими металлами. М.: Металлургия, 1974. 288 с.
- 24. Treheux D., Dubois J., Fantozzi G. Bulk and grain boundary diffusion of ¹⁴C in tungsten hemicarbide // Ceram. Int. 1981. V. 7. P. 142–148.
- 25. Kwak N., Min G., Oh Y., Suh D.-W., Kim H.C., Kang S.-gyu, Han H.N. Tantalum and molybdenum barriers to prevent carbon diffusion in spark plasma sintered tungsten // Scripta Mater. 2021. V. 196. P. 113759.
- 26. Bokhonov B.B., Ukhina A.V., Dudina D.V., Anisimov A.G., Mali V.I., Batraev I.S. Carbon uptake during spark plasma sintering: Investigation through the analysis of the carbide “footprint” in a Ni—W alloy // RSC Adv. 2015. V. 5. No. 98. P. 80228–80237.
- 27. Batienkov R.V., Efimochkin I.Yu., Osin I.V., Khudnev A.A. Study of molybdenum-tungsten powder compaction processes by spark plasma sintering // Metallurgist. 2020. V. 63. P. 1329–1336.
