Tytuł pozycji:
Microwave assisted self-propagating high-temperature synthesis of Ti2AlC MAX phase
A novel manufacturing method of Ti2AlC MAX phases with TiC carbides was elaborated. Compacted from elemental powders, the samples were heated and synthesized in a microwave field under atmospheric pressure. Microwave radiation selectively heats the reactant particles, though additional SiC support was required. Graphite can be classified as a good absorber whereas in Al, Ti metallic particle electric eddy currents are induced only on the surface. Microwaves heat material from the inside to the outside and usually concentrate on the interface between materials with a different dielectric loss factor. Therefore, it is possible to induce and conduct the reaction, on the microscale, at metal-ceramic or even metal-metal contact points. Energy was transferred from the magnetron through the waveguide and after a few seconds synthesis began and spread to the entire volume of the cylindrical sample. The initiated SHS synthesis first proceeded with the formation of Al-Ti intermetallic and TiC precipitates whose highly exothermic reactions resulted in a significant increase in temperature to ca. 1600°C. Next, these phases are almost completely transformed into plate-like Ti-Al-C MAX phases forming a porous structure of the samples. Such materials can be ideal for components working in extreme conditions (heat exchangers, catalyst substrates, filters) or for composite reinforcing.
Opracowano metodę wytwarzania MAX faz typu Ti2AlC zawierającej wtrącenia węglików TiC. W celu zainicjowania syntezy wypraskę z proszków nagrzewano w polu mikrofalowym pod ciśnieniem atmosferycznym. Promieniowanie mikrofalowe selektywnie nagrzewa proszki substratów, jednakże zastosowano dodatkowo podkładkę wykonaną z SiC, która pełniła rolę absorbera. Grafit jest uważany za materiał dobrze pochłaniający energię mikrofalową, natomiast na powierzchni drobnych cząstek metalicznych Al, Ti są indukowane prądy elektryczne, co przy określonej oporności skutkuje wzrostem temperatury. Mikrofale nagrzewają materiał od wewnątrz i często koncentrują się na styku pomiędzy materiałami o różnym współczynniku strat dielektrycznych. W związku z tym możliwe jest indukowanie i kontrolowanie reakcji na styku cząstek metal-ceramika czy nawet metal-metal. Energia mikrofalowa była przenoszona z magnetronu, za pomocą falowodu, do komory procesowej, aby po kilku sekundach uruchomić syntezę SHS, która rozprzestrzeniała się w całej objętości cylindrycznej próbki. Po zainicjowaniu reakcji powstawały związki międzymetaliczne typu Ti-Al oraz węgliki TiC, co wydzielało znaczne ilości ciepła, powodując wzrost temperatury do ok. 1600°C. Następnie, związki te prawie całkowicie przekształcają się w płytkowe Ti-Al-C MAX fazy, które w makroskali tworzą porowatą strukturę próbki. Materiały takie mogą być wykorzystane na elementy pracujące w ekstremalnych warunkach (wymienniki ciepła, katalizatory, filtry) lub jako umocnienie materiałów kompozytowych.
Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.
