Кінетика ущільнення нанопорошку нітриду титану під час неізотермічного іскроплазмового спікання

Анотація

Експериментально досліджено часову залежність ущільнення нанорозмірного порошку нітриду титану при неізотермічному іскроплазмовому спіканні під зовнішнім тиском 79,2 МПа у середовищі азоту за умов контрольованого нагрівання з постійним темпом підвищення температури на 0,833 К за секунду. Проаналізовано кінетику ущільнення в рамках континуальної теорії об’ємної в’язкої течії пористого тіла з використанням обчислювального моделювання процесу. Загалом процес спікання характеризується зменшенням середньоквадратичного напруження в матеріальній матриці пористого тіла до граничного нульового значення при наближенні до безпо­ристого стану та зростанням середньоквадратичної швидкості деформації по кривій з максимумом. До початку ущільнення при досягненні термодинамічної температури 783 К спостерігається стадія відпалу деформівно зміцненої матеріальної матриці, яка утворює пористий нітрид титану. У температурному інтервалі 950–1040 К відбувається слабке ущільнення, контрольоване пластичною течією матеріалу з лінійною залежністю швидкості деформації від напруження і низьким значенням енергії активації (35,1 кДж/моль). При вищих температурах діє механізм переповзання дислокацій, що описується степеневою (n = 2) залежністю середньо­квадра­тичної швидкості деформації від середньоквадратичного напруження і енергією активації 280,8 кДж/моль. Реалізація цього механізму в інтервалі порівняно невисоких температур поряд з нанорозмірною структурою зумовлена дією електричного поля. Отримані методом іскроплазмового спікання зразки нітриду титану характеризуються нанорозмірною структурою з середнім розміром зерна 60 нм, що забезпечує підвищені механічні властивості спеченого нітриду титану.