Силицидно-карбидные соединения молибдена и титана для высокотемпературных композиционных материалов

В рамках реализации Проекта были проведены фундаментальные исследования сплавов системы Mo-Ti-Si-C. Исследования были направлены, в первую очередь, на уточнение фазовых диаграмм, изучение фазовых превращений в сплавах, поиск возможностей получения композиционных материалов на основе силицидно-карбидных соединений молибдена и титана, определения стабильности их структуры при высоких температурах. Был успешно разработан эффективный метод твердофазного синтеза силицида Mo3Si, позволяющий получать данную фазу достаточно высокой чистоты, в значительных количествах и без применения дорогостоящего оборудования для горячего прессования или дуговой плавки. Полученные экспериментальные данные о необходимости применения более высоких температур и времен выдержки, чем при синтезе силицидов MoSi2 и Mo5Si3 с помощью реакционного спекания согласуются с литературными данными о затрудненной, по сравнению с другими силицидами молибдена, стадии диффузионного роста именно для силицида Mo3Si. Эксперименты по закалке и высокотемпературным отжигам сплавов системы Mo-Si позволили получить новые данные о бинарной системе Mo-Si. Обнаружены систематические отклонения состава фазы Mo3Si от стехиометрического состава. Полученные данные говорят о том, что фаза Mo3Si имеет область гомогенности в интервале ~22-24 ат.% Si. Исследование сплавов этой системы, области составов которых лежат в двухфазных областях Mo+Mo3Si и Mo3Si+Mo5Si3, также свидетельствует в пользу гипотезы о наличии у фазы Mo3Si заметной области гомогенности. Кроме того, были получены данные, обосновывающие гипотезу о ретроградной растворимости для твердого раствора Si в Мо выше температуры перитектики. Исследовались особенности взаимодействия расплава Mo-Mo3Si с керметом на основе TiC. Эти данные важны для разработки новых высокотемпературных композитов с чередующимися областями связных карбидных каркасных структур и относительно вязкими областями, богатыми силицидами и тугоплавкими металлами. Выявлены характерные слои, формирующиеся при взаимодействии расплава Mo-Mo3Si с керметом. Определен их фазовый и химический состав, особенности распределения компонентов по области взаимодействия. Получены экспериментальные данные о заметном росте стойкости к распространению трещин при переходе от области связного карбидного каркаса в богатый силицидами слой, о повышенной микротвердости фаз, образующих исследуемую структуру. Кроме того, выявлена достаточная стабильность получаемых структур при температуре 1500°C , что позволяет рассматривать эти материалы как перспективные с точки зрения использования в высокотемпературной технике. Исследовались возможности твердофазного синтеза MAX-фазы Ti3SiС2 из предварительно синтезированных силицидных и карбидных фаз. Экспериментально подтверждена возможность синтеза сплавов, содержащих высокую объемную долю Ti3SiС2 наряду с карбидом титана. Выявлено значительное влияние состава шихтовой смеси не только на фазовый состав сплава и его структурное состояние, но и на итоговую плотность образца, на морфологию и объемную долю пор в материале после спекания. Эти особенности важны для формирования композитов с карбидным упрочнением на основе сплавов титана, демонстрируя принципиальную возможность существенного наращивания доли карбида в композите в результате отжига и формирования связного карбидного каркаса.