"Лазерно-плазменный синтез и диагностика тугоплавких покрытий на основе карбидов тантала и гафния. Блок проекта «Промышленно ориентированные лазерно-плазменные методы для синтеза функциональных покрытий и аддитивных технологий» Комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН II.1"

Карбиды на основе тантала и гафния являются самыми тугоплавкими материалами. Температура плавления указанных карбидов превышает температуру плавления вольфрама и составляет соответственно 3959 ± 50°С для карбида гафния и 3768 ± 40°С для карбида тантала. Для получения изделий из плавленых карбидов предложено совместить реакцию образования карбидов, идущую с выделением тепла, и плавление из-за локального выделения тепла от воздействия высокоинтенсивного электронного или лазерного излучения. Изготовление деталей из плавленого карбида гафния планируется проводить методами аддитивных технологий. Предложено использовать лазерную обработку смеси порошков металлов с углеродом. Материалом для 3D-моделирования выбран механокомпозит гафния или тантала и углерода. Во время реакции между металлом и углеродом выделяется энергия, которая вместе с энергией лазерного излучения способствует плавлению карбида. Механокомпозиты обладают удельной поверхностью, на несколько порядков превышающей удельную поверхность исходных порошков. За счет этого реакции протекают быстрее, и конечный продукт будет получаться практически гомогенным. Необходимо было подобрать оптимальное время механоактивации (МА) для получения механокомпозита металл (гафний, тантал) с углеродом. По данным РФА при МА смеси Hf + C в течение от 10 с до 2 мин формируется только механокомпозит Hf/C. На дифрактограммах наблюдаются снижение интенсивности и уширение рефлексов гафния, при этом их положение не изменяется, что говорит об уменьшении ОКР и микронапряжениях в кристаллической решетки, вызванных ростом количества дефектов (включения, дислокации). Увеличение времени МА до 4 мин приводит к формированию смеси карбида гафния и механокомпозита Hf/C. При МА ≥ 8 мин получен монофазный ультрадисперсный HfC с размерами сферических частиц ~10 нм. Согласно ПЭМ, частицы образуют агрегаты более крупных размеров, от ~100 до ~500 нм. Наиболее подходящими для получения плавленого карбида гафния является механокомпозит, полученный за время МА между 2 и 4 минутами. Он имеет очень развитые межфазные границы, на которых уже началось образование карбида гафния. МА смеси порошка тантала с углеродом протекает аналогичным образом, только для получения требуемого фазового состава требуется около 6 мин. Проведены эксперименты с целью получения плавленого карбида гафния из порошка HfC и механокомпозитов Hf/C и Та/c при воздействии на образцы высокоинтенсивного лазерного излучения. Видно, что из механокомпозита расплав HfC образуется быстрее, чем из порошка карбида гафния. Электронно-микроскопические исследования показали наличие гладкой плавленой поверхности образцов. На поверхности образца, полученного из карбида гафния, имеется достаточное количество микротрещин, которые практически отсутствуют у образов, полученных из механокомпозитов. Дифрактограммы обоих образцов идентичны и совпадают с эталонными для HfC.