zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-8-37-42zldm-1048Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLРентгеновское исследование фазового состава мелкозернистых керамических материалов на основе карбида вольфрамаStudy of the phase composition of fine-grained tungsten carbide based ceramic materials by x-ray phase analysisАндреевП. В.AndreevP. V.

Андреев Павел Валерьевич.

603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина 23.

Pavel V. Andreev.

Gagarina pr. 23, Nizhny Novgorod, 603950.

andreev@phys.unn.ruСметанинаК. Е.SmetaninaK. E.

Сметанина Ксения Евгеньевна.

603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина 23.

Ksenia E. Smetanina.

Gagarina pr. 23, Nizhny Novgorod, 603950.

andreev@phys.unn.ruЛанцевЕ. А.LantsevE. A.

Ланцев Евгений Андреевич.

603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина 23.

Evgeny A. Lantsev.

Gagarina pr. 23, Nizhny Novgorod, 603950.

andreev@phys.unn.ruНациональный исследовательский нижегородский государственный университет имени Н. И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky State UniversityRussian Federation2019120920198583742Copyright © Андреев П.В., Сметанина К.Е., Ланцев Е.А., 20192019Андреев П.В., Сметанина К.Е., Ланцев Е.А.Andreev P.V., Smetanina K.E., Lantsev E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1048

Представлены результаты исследований качественного и количественного фазового состава порошковых и твердых керамических поликристаллических образцов системы a-WC/W2C. Испытания проводили на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-7000 (CuKa, λ = 1,54 Å). Порошковые образцы (нанопорошки) получены методом плазмохимического синтеза из оксида вольфрама и углеводорода. Высокоплотная мелкозернистая структура в керамике сформирована методом электроимпульсного плазменного спекания исходных промышленных микрокристаллических порошков a-WC (AlfaAesar). Приведены оптимальные режимы рентгеновской съемки образцов керамик на основе карбида вольфрама. В связи с отсутствием эталонов исходных кристаллических фаз (WC и W2C) количественный фазовый анализ проводили на основе метода корундовых чисел (вместо метода калибровочной кривой). При этом необходимые количественные соотношения рассчитывали с помощью структурных параметров корунда а-Аl20з и фаз a-WC, W2C. На основе результатов определения повторяемости значений интенсивностей выбирали оптимальные время экспозиции и ширину приемной щели детектора дифрагированных рентгеновских лучей. Исследование влияния качества подготовки образцов на чувствительность качественного рентгеновского фазового анализа показало целесообразность шлифования поверхности твердых керамических образцов и предварительного полирования их алмазной пастой (размер зерна не менее 5/3 мкм). Проведена оценка точности количественного фазового анализа для исследуемых порошковых и спеченных керамических образцов. Послойный фазовый анализ керамической заготовки выявил в поверхностном слое наличие преимущественной ориентации кристаллитов (текстуры) и отсутствие примесной фазы W2C. Оценена чувствительность метода рентгеновского фазового анализа к содержанию фазы a-W2C в нанопорошках монокарбида вольфрама.

The results of X-ray diffraction analysis of qualitative and quantitative phase composition of powder and solid polycrysral samples of the system a-WC/W2C are presented. Powder (nanopowder) samples were obtained by plasmochemical synthesis from tungsten oxide and hydrocarbon. High-density fine-grained structure of ceramics was formed by electropulse plasma sintering (spark plasma sintering) of initial industrial a-WC powders (AlfaAesar). Experimental data were obtained on a Shimadzu XRD-7000 X-ray diffractometer (CuKa, λ = 1.54 Å). The optimal modes of X-ray shooting of the ceramic samples based on tungsten carbide are presented. In the absence of reference standards for initial crystalline phases (WC and W2C), quantitative phase analysis was carried out using the reference intensity ratio (RIR) or corundum number (instead of the method of calibration curve). The required quantitative ratios were calculated using the structural parameters of corundum a-Al2O3 and phases a-WC, W2C. The results of determining the repeatability of the intensity values were used to select the optimal exposure time and width of the receiving slit of the detector of diffracted X-rays. Study of the effect of the quality of sample preparation on the sensitivity of qualitative X-ray phase analysis showed the feasibility of grinding of the surface of solid ceramic samples and their pre-polishing with a diamond paste (grain size not less than 5/3 pm). The accuracy of quantitative phase analysis of powder and sintered ceramic samples was evaluated. The layer-by-layer phase analysis of the ceramic preform revealed a preferential crystallite orientation (texture) in the surface layer and the absence of the impurity phase W2C. The sensitivity of X-ray phase analysis to the content of a-W2C phase in nanopowders of tungsten monocarbide has been estimated.

карбид вольфрамананопорошкимелкозернистая керамикарентгеновский фазовый анализметод корундовых чиселэлектроимпульсное плазменное спеканиепреимущественная ориентация кристаллитовtungsten carbidenanopowdersfine-grained ceramicsX-ray diffraction analysisreference intensity ratio (RIR) (corundum number)spark plasma sinteringpreferred orientation of crystallitesРабота выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 18-73-10177)ReferencesПанов В. С., Чувилин А. М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. — М.: МИСИС, 2001. — 428 с.Panov V S., Chuvilin A. M. Technology and properties of sintered carbide alloys and products from them. — Moscow: MISIS, 2001. — 428 p. [in Russian].Tokita M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems and Applications. Chapter 11.2.3 / Handbook of Advanced Cera¬mics. Ed. Shigeyuki Somiya. — Academic Press, 2013. P 1149 - 1177. doi: 10.1016/B978-0-12-385469-8.00060-5.Tokita M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems and Applications. Chapter 11.2.3 / Handbook of Advanced Ceramics. Ed. Shigeyuki Somiya. — Academic Press, 2013. P 1149 - 1177. doi: 10.1016/B978-0-12-385469-8.00060-5.Olevsky E., Dudina D. Field-Assisted Sintering. — Springer Int. Publ., 2018. doi: 10.1007/978-3-319-76032-2.Olevsky E., Dudina D. Field-Assisted Sintering. — Springer Int. Publ., 2018. doi: 10.1007/978-3-319-76032-2.Chuvil’deev V N., Blagoveshchenskiy Yu. V, No- khrin A. V, et al. Spark plasma sintering of tungsten carbide nanopowders obtained through DC arc plasma synthesis / J. Alloys and Compounds. 2017. Vol. 708. P 547 - 561.Chuvil’deev V N., Blagoveshchenskiy Yu. V, Nokhrin A. V, et al. Spark plasma sintering of tungsten carbide nanopowders obtained through DC arc plasma synthesis / J. Alloys and Compounds. 2017. Vol. 708. P 547 - 561.Благовещенский Ю. Б., Исаева И. В., Благовещенская Н. В. и др. Методы компактирования наноструктурных вольфрам-кобальтовых сплавов из нанопорошков, полученных методом плазмохимического синтеза / Перспективные материалы. 2015. № 1. С. 5 - 21.Blagoveshcenskiy Yu. V, Isayeva N. V, Blagoveshcen- skaya N. V, et al. Methods of compacting nanostructured tungsten-cobalt alloys from nanopowders obtained by plasma chemical synthesis / Inorg. Mater. Appl. Res. 2015. Vol. 6(5). P. 415 - 426. doi: 10.1134/S2075113315050032.Благовещенский Ю. В., Исаева И. В., Синайский М. А. и др. Регулирование свойств нанопорошков тугоплавких карбидов / Перспективные материалы. 2018. № 1. С. 66 - 73.Blagoveshcenskiy Yu. V., Isaeva N. V., Sinaiskiy M. A., et al. Tuning the properties of refractory carbide nanopow¬ders / Inorg. Mater. Appl. Res. 2018. Vol. 9(5). P 924 - 929. doi: 10.1134/S2075113318050039.Zhao J., Holland T., Unuvar C., et al. Sparking plasma sin-tering of nanometric tungsten carbide / Int. J. Refractory Metals and Hard Materials. 2009. Vol. 27. Issue 1. P. 130 - 139.Zhao J., Holland T., Unuvar C., et al. Sparking plasma sintering of nanometric tungsten carbide / Int. J. Refractory Metals and Hard Materials. 2009. Vol. 27. Issue 1. P. 130 - 139.Курлов А. С., Гусев А. И. Физика и химия карбидов воль-фрама. — М.: Физматлит, 2014. — 272 с.Kurlov A. S., Gusev A. I. Physics and chemistry of tungsten carbides. — Moscow: Fizmatlit, 2014. — 272 p. [in Russian].Исаева И. В., Благовещенский Ю. В., Благовещенская Н. В. и др. Получение нанопорошков карбидов и твердосплавных смесей с применением низкотемпературной плазмы / Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 3. С. 7 - 14.Isaeva N. V., Blagoveshcenskiy Yu. V., Blagoveshcen- skaya N. V, et al. Production of nanopowders of carbides and carbide mixtures using low-temperature plasma / Izv. Vuzov. Poroshk. Metallurg. Funk. Pokryt. 2013. Vol. 3. P 7 - 14 [in Russian].Андреев П. В., Трушин В. Н., Фаддеев М. А. Рентгеновский фазовый анализ поликристаллических материалов: Учебное пособие. — Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2013. — 123 с.Andreev P. V, Trushin V N., Faddeev M. A. X-ray phase analysis of polycrystalline materials: Uchebnoe posobie. — Nizhny Novgorod: Izd. Nizhny Novgorod Gos. Univ., 2013. — 123 p. [in Russian].International Tables for crystallography. Vol. C. Mathematical, physical and chemical tables / E. Prince, Ed. — Kluwer acade¬mic publisher, 2004. P. 1020.International Tables for crystallography. Vol. C. Mathematical, physical and chemical tables / E. Prince, Ed. — Kluwer academic publisher, 2004. P. 1020.Anselmi-Tamburini U., Gennari S., Garay J., et al. Fundamental investigation on the spark plasma sintering/synthesis process. II. Modeling of current and temperature distribu-tions / Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 394. P. 139 - 148.Anselmi-Tamburini U., Gennari S., Garay J., et al. Fundamental investigation on the spark plasma sintering/syn- thesis process. II. Modeling of current and temperature distri-butions / Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 394. P 139 - 148.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.