1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 12, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 12, стр. 1379-1390

Нитридизация металлической пары Ti–V и оценка термо-ЭДС синтезированного керамического образца

И. А. Ковалев 1, *, Г. С. Дробаха 1, Г. П. Кочанов 1, А. Н. Рогова 1, А. И. Ситников 1, А. А. Половинкин 1, С. В. Шевцов 1, К. Ю. Дёмин 1, А. А. Ашмарин 1, С. Н. Хвостов 2, А. С. Чернявский 1, К. А. Солнцев 1

1 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
119334 Москва, Ленинский пр., 49, Россия

2 АО “Евромикс”
121170 Москва, Кутузовский пр., 36, стр. 3, Россия

* E-mail: vankovalskij@mail.ru

Поступила в редакцию 15.10.2023
После доработки 29.11.2023
Принята к публикации 30.11.2023

Аннотация

Контролируемой нитридизацией металлических пар Ti–V синтезированы керамические нитридные образцы заданных состава и формы. Установлены кинетические и вольтамперные зависимости взаимодействия металлических пар Ti–V с азотом. Для разных частей пары процесс азотирования характеризуется разными механизмами. Для чистых металлов формирование керамики, близкой к стехиометрическому составу, происходит через образование трех- и двухслойных градиентных структур. Нитридизация области спая, содержащего твердый раствор Ti–V, определяется химическим сродством титана и ванадия к азоту. Образование нитрида титана приводит к распаду твердого раствора Ti–V в спае и сепарации металлического ванадия на границах зерен. Скорость азотирования ванадия возрастает с уменьшением количества титана в твердом растворе. Проведена оценка величины термо-ЭДС системы Ti–V разной степени азотирования в интервале температур от –195.7 до +550°С. Установлены температурные зависимости термо-ЭДС и коэффициента Зеебека для металлокерамических и керамических структур. Для всех азотированных пар характерно монотонное увеличение термо-ЭДС во всем температурном интервале. Нитридизованные пары титан–ванадий заданного состава можно использовать в качестве керамических термоэлектрических преобразователей.

Ключевые слова: бинарные нитриды, термоэлектрические преобразователи, нитрид титана, нитрид ванадия, окислительное конструирование, керамика

Список литературы

  1. Куритнык И.П., Бурханов Г.С., Стаднык Б.И. Материалы высокотемпературной термометрии. М.: Металлургия, 1986. 207 с.

  2. Weiss J.D., Lazarus D. Pressure Dependence of the Thermoelectric Power of Sodium between 5 and 14 K // Phys. Rev. B. 1974. V. 10 № 2. P. 456–473. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.10.456

  3. Mott N.F. The Resistance and Thermoelectric Properties of the Transition Metals // Proc. R. Soc. L. 1936. P. A156368–382. https://doi.org/10.1098/rspa.1936.0154

  4. Cusack N., Kendall P. The Absolute Scale of Thermoelectric Power at High Temperature // Proc. Phys. Soc. 1958. V. 72. № 5. P. 898–901. https://doi.org/10.1088/0370-1328/72/5/429

  5. Блатт Ф.Дж., Шредер П.А., Фойлз К.Л., Грейг Д. Термоэлектродвижущая сила металлов: Пер. с англ. / Под ред. Белащенко Д.К. . М.: Металлургия, 1980. 248 с.

  6. Ковалев И.А., Кочанов Г.П., Рубцов И.Д., Шокодько А.В., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования. Пат. RU 2759827 С1 (Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН). 12.02.2021 г.

  7. Chernyavskii A.S. Synthesis of Ceramics Based on Titanium, Zirconium, and Hafnium Nitrides // Inorg. Mater. 2019. V. 55. № 13. P. 1303–1327. https://doi.org/10.1134/S0020168519130016

  8. Achour A., Lucio-Porto R., Chaker M., Arman A., Ahmadpourian A., Soussou M.A., Boujtita M., Le Brizoual L., Djouadi M.A., Brousse T. Titanium Vanadium Nitride Electrode for Micro-Supercapacitors // Electrochem. Commun. 2017. V. 77. P. 40–43. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2017.02.011

  9. Zhou X., Chen H., Shu D., He Ch., Nan J. Study on the Electrochemical Behavior of Vanadium Nitride as a Promising Supercapacitor Material // J. Phys. Chem. Solids. 2009.V. 70. № 2. P. 495–500. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.12.004

  10. Gregory O.J., Busch E., Fralick G.C., Chen X. Preparation and Characterization of Ceramic Thin Film Thermocouples // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 21. P. 6093–6098. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.05.102

  11. Ghailane A., Oluwatosin A.O., Larhlimi H., Hejjaj C., Makha M., Busch H., Fischer C. B., Alami J. Titanium Nitride, TiXN(1−X), Coatings Deposited by HiPIMS for Corrosion Resistance and Wear Protection Properties // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 574. P. 151635. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151635

  12. Qi R., Pan L., Feng Y., Wu J., Li W., Wang Z. Evolution of Chemical, Structural, and Mechanical Properties of Titanium Nitride Thin Films Deposited under Different Nitrogen Partial Pressure // Results Phys. 2020. V. 19. P. 103416. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103416

  13. Ravan B.A., Faghihnasiri M., Jafari H. Ab Initio Investigation of Mechanical and Thermodynamic Properties of Vanadium-Nitride // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 228. P. 237–243. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.02.082

  14. He F., Zhao J., Hu Q., Liu Y., Huang Q., You Z., Lv X. Gas-Based Reduction and Nitridation for Synthesis of Vanadium Nitride: Kinetics and Mechanism // Powder Technol. 2023. V. 427. P. 118757. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118757

  15. Солнцев К.А., Шусторович Е.М., Буслаев Ю.А. Окислительное конструирование тонкостенной керамики // Докл. Академии наук. 2001. Т. 378. № 4. С. 492–499.

  16. Кузнецов К.Б., Стецовский А.П., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Получение монолитного нитрида титана // Перспективные материалы. 2008. № 1. С. 56–59

  17. Кузнецов К.Б., Солнцев К.А., Чернявский А.С. Способ получения нитрида тугоплавкого металла, изделия из него, полученные этим способом, и их применение: Пат. RU2337058 (Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН). 2008.

  18. ТУ48-4-373-76. Ванадиевые полосы, предназначенные для изготовления различных узлов, деталей и других целей. 1976 г.

  19. ГОСТ 19807-91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки (с изменением № 1). 1992.

  20. ГОСТ 2603-79. Реактивы. Ацетон. Технические условия (с изменениями № 1–3). 1980.

  21. ГОСТ 9293-74 (ИСО 2435-73). Азот газообразный и жидкий. Технические условия (с изменениями № 1–3 и поправкой). 1976.

  22. Powder Diffraction File. Alphabetical Index Inorganic Compounds. Pensilvania: ICPDS. 1997.

  23. Лякишева Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 1996. С. 397–399.

  24. Ковалев И.А., Кузнецов К.Б., Зуфман В.Ю., Огарков А.И., Шевцов С.В., Канныкин С.В., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Кинетика высокотемпературной нитридизации титана // Неорган. материалы. 2016. Т. 25. № 12. С. 1306–1310. https://doi.org/10.7868/S0002337X16120058

  25. Burkov A.T. Thermoelectric Power of Metals at High Temperatures // Module in Materials Science and Materials Engineering. 2016. P. 1–8.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал