Трансформация поверхности ультравысокотемпературной керамики HfB2–SiC–C(графен) в высокоскоростном потоке диссоциированного азота
- Авторы: Симоненко Е.П.1, Колесников А.Ф.2, Чаплыгин А.В.2, Лысенков А.С.3, Нагорнов И.А.1, Лукомский И.В.2, Галкин С.С.2, Мокрушин А.С.1, Симоненко Н.П.1, Кузнецов Н.Т.1
-
Учреждения:
- Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
- Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
- Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
- Выпуск: Том 69, № 4 (2024)
- Страницы: 594-606
- Раздел: НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
- URL: https://permmedjournal.ru/0044-457X/article/view/666580
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X24040156
- EDN: https://elibrary.ru/ZXKXMY
- ID: 666580
Цитировать
Аннотация
С целью изучения перспективности ультравысокотемпературных керамических материалов HfB2–30 об. % SiC, модифицированных низкими количествами восстановленного оксида графена, для создания авиакосмической техники, предназначенной для применения в атмосферах на основе N2, исследовано воздействие на образец высокоскоростного потока диссоциированного азота. Установлено, что при выбранных условиях воздействия в ходе ступенчатого повышения мощности анодного питания плазмотрона и, соответственно, воздействующего теплового потока при определенных параметрах процесса происходит резкий рост температуры поверхности с ~1750 до 2000–2100°C. При этом дальнейшее повышение теплового потока не оказывает очевидного и пропорционального воздействия на температуру поверхности образца, что может свидетельствовать о ее высокой каталитичности по отношению к реакциям поверхностной рекомбинации атомарного азота. Показано, что поверхностные слои материала подвергаются химической трансформации (удаление кремнийсодержащих веществ, образование новой фазы на основе HfN), которая сопровождается значительным изменением микроструктуры (образование дендритоподобных структур), что влияет на оптические и каталитические характеристики поверхности.
Ключевые слова
Полный текст

Об авторах
Е. П. Симоненко
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991
А. Ф. Колесников
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, пр-т Вернадского, 101, корп. 1, Москва, 119526
А. В. Чаплыгин
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, пр-т Вернадского, 101, корп. 1, Москва, 119526
А. С. Лысенков
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 49, Москва, 119334
И. А. Нагорнов
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991
И. В. Лукомский
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, пр-т Вернадского, 101, корп. 1, Москва, 119526
С. С. Галкин
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, пр-т Вернадского, 101, корп. 1, Москва, 119526
А. С. Мокрушин
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991
Н. П. Симоненко
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991
Н. Т. Кузнецов
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991
Список литературы
- Simonenko E.P., Sevast’yanov D.V., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. № 14. P. 1669. https://doi.org/10.1134/S0036023613140039
- Zhao K., Ye F., Cheng L. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 16. P. 7241. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.07.046
- Thimmappa S.K., Golla B.R., VV B.P. // Silicon. 2022. V. 14. № 18. P. 12049. https://doi.org/10.1007/s12633-022-01945-8
- Nisar A., Hassan R., Agarwal A. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 7. P. 8852. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.199
- Aguirre T.G., Lamm B.W., Cramer C.L. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 6. P. 7344. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.11.314
- Sonber J.K., Murthy T.S.R.C., Majumdar S. et al. // Mater. Perform. Charact. 2021. V. 10. № 2. P. 20200133. https://doi.org/10.1520/MPC20200133
- Golla B.R., Mukhopadhyay A., Basu B. et al. // Prog. Mater. Sci. 2020. V. 111. P. 100651. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100651
- Verma V., Cheverikin V., Câmara Cozza R. // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2020. V. 17. № 6. P. 2509. https://doi.org/10.1111/ijac.13567
- Ni D., Cheng Y., Zhang J. et al. // J. Adv. Ceram. 2022. V. 11. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1007/s40145-021-0550-6
- Vorotilo S., Potanin A.Y., Iatsyuk I. V. et al. // Adv. Eng. Mater. 2018. V. 20. № 8. https://doi.org/10.1002/adem.201800200
- Savino R., Criscuolo L., Di Martino G.D. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 8. P. 2937. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.043
- Jin X., Fan X., Lu C. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.08.013
- Astapov A.N., Zhestkov B.E., Senyuev I.V. et al. // Methodology of studying high-velocity plasma flow impact on high-temperature materials, in: 2023: p. 210009. https://doi.org/10.1063/5.0109458
- Tang S., Hu C. // J. Mater. Sci. Technol. 2017. V. 33. № 2. P. 117. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2016.08.004
- Ye Z., Zeng Y., Xiong X. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 15. P. 6718. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.07.043
- Bianco G., Nisar A., Zhang C. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2022. V. 105. № 3. P. 1939. https://doi.org/10.1111/jace.18218
- Han T., Huang J., Sant G. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2022. V. 105. № 11. P. 6851. https://doi.org/10.1111/jace.18636
- Jin X., He R., Zhang X. et al. // J. Alloys Compd. 2013. V. 566. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.03.067
- Jin H., Zhang S., Hao Y. et al. // Ceram. Int. 2023. V. 49. № 17. P. 28532. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.06.062
- Kováčová Z., Orovčík Ľ., Sedláček J. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 12. P. 3829. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.03.060
- Mungiguerra S., Cecere A., Savino R. et al. // Corros. Sci. 2021. V. 178. P. 109067. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.109067
- Squire T.H., Marschall J. // J. Eur. Ceram. Soc. 2010. V. 30. № 11. P. 2239. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.01.026
- Monteverde F., Savino R. // J. Am. Ceram. Soc. 2012. V. 95. № 7. P. 2282. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2012.05226.x
- Zhao L., Hou C., Jin X. et al. // Adv. Eng. Mater. 2023. V. 25. № 8. P. 2201313. https://doi.org/10.1002/adem.202201313
- Chen H., Xiang H., Dai F.-Z. et al. // J. Mater. Sci. Technol. 2019. V. 35. № 10. P. 2404. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.05.059
- Wang S., Chen H., Li Y. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 9. P. 3905. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.02.070
- Povolny S.J., Seidel G.D., Tallon C. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 8. P. 11502. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.006
- Nisar A., Zhang C., Boesl B. et al. // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 16. P. 25845. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.066
- Hoque M.S. Bin, Milich M., Akhanda M.S. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 11. P. 4581. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.03.065
- Popov O., Vishnyakov V. // Materialia. 2023. V. 32. P. 101890. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2023.101890
- Meng J., Fang H., Wang H. et al. // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2023. V. 20. № 3. P. 1350. https://doi.org/10.1111/ijac.14336
- Bai Y., Wang P., Zhang B. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 7. P. 3107. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.02.030
- Bannykh D., Utkin A., Baklanova N. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. V. 84. P. 105023. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.105023
- Bannykh D., Utkin A., Baklanova N. // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 11. P. 12451. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.04.035
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Sevastyanov V.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 14. P. 1697. https://doi.org/10.1134/S0036023619140079
- Venkatesh V.S.S., Prasad K., Patnaik L. // Silicon. 2023. V. 15. № 7. P. 3339. https://doi.org/10.1007/s12633-022-02263-9
- Wei Y., Ye F., Cheng L. // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 12. P. 5183. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.04.046
- Jyoti, Tiwari M., Singh A. et al. // Vacuum. 2023. V. 214. P. 112199. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112199
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Sevastyanov V.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 14. P. 1772. https://doi.org/10.1134/S003602361814005X
- Binner J., Porter M., Baker B. et al. // Int. Mater. Rev. 2019. P. 1. https://doi.org/10.1080/09506608.2019.1652006
- Chen Y. // Ceram. – Silikaty. 2023. V. 67. № 3. P. 260. https://doi.org/10.13168/cs.2023.0026
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Kolesnikov A.F. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2022. V. 42. № 1. P. 30. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.09.020
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Kolesnikov A.F. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 9. P. 1405. https://doi.org/10.1134/S003602362109014X
- Marschall J., Pejakovic D., Fahrenholtz W.G. et al. // J. Thermophys. Heat Transf. 2012. V. 26. № 4. P. 559. https://doi.org/10.2514/1.T3798
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Kolesnikov A.F. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 12. P. 2050. https://doi.org/10.1134/S0036023622601866
- Sevast’yanov V.G., Simonenko E.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. № 11. P. 1269. https://doi.org/10.1134/S003602361311017X
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 4. P. 421. https://doi.org/10.1134/S0036023618040186
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 4. P. 1093. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.023
- Sevastyanov V.G., Simonenko E.P., Gordeev A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. № 11. P. 1298. https://doi.org/10.1134/S0036023614110217
- Monteverde F., Savino R., De Stefano Fumo M. // Corros. Sci. 2011. V. 53. № 3. P. 922. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2010.11.018
- Justin J.-F., Julian-Jankowiak A., Guérineau V. et al. // CEAS Aeronaut. J. 2020. V. 11. № 3. P. 651. https://doi.org/10.1007/s13272-020-00445-y
- Parthasarathy T.A., Rapp R.A., Opeka M. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2012. V. 95. № 1. P. 338. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04927.x
- Cecere A., Savino R., Allouis C. et al. // Int. J. Heat Mass Transf. 2015. V. 91. P. 747. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.029
- Kolesnikov A.F., Kuznetsov N.T., Murav’eva T.I. et al. // Fluid Dyn. 2022. V. 57. № 4. P. 513. https://doi.org/10.1134/S0015462822040061
- Simonenko E.P., Kolesnikov A.F., Chaplygin A.V. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 17. P. 13634. https://doi.org/10.3390/ijms241713634
- Monteverde F., Savino R. // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. № 16. P. 4797. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.201
- Savino R., De Stefano Fumo M., Silvestroni L. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28. № 9. P. 1899. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.11.021
- Alosime E.M., Alsuhybani M.S., Almeataq M.S. // Materials (Basel). 2021. V. 14. № 2. P. 392. https://doi.org/10.3390/ma14020392
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Kolesnikov A.F. et al. // Materials (Basel). 2022. V. 15. № 23. P. 8507. https://doi.org/10.3390/ma15238507
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Papynov E.K. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1134/S0036023618010187
- Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V. 92. № 2. P. 386. https://doi.org/10.1007/s10971-019-05029-9
- Gordeev A. // VKI, RTO AVT/VKI Spec. Course Meas. Tech. High Enthalpy Plasma Flows 1999. https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADP010736
- ASTM E422-05(2016). Standard Test Method for Measuring Heat Flux Using a Water-Cooled Calorimeter // ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016.
- Holleck H. // J. Nucl. Mater. 1967. V. 21. № 1. P. 14. https://doi.org/10.1016/0022-3115(67)90724-6
- Wyckoff R.W.G. // Cryst. Struct. 1963. V. 1. P. 85.
- Aigner K., Lengauer W., Rafaja D. et al. // J. Alloys Compd. 1994. V. 215. № 1–2. P. 121. https://doi.org/10.1016/0925-8388(94)90828-1
- Lengauer W., Binder S., Aigner K. et al. // J. Alloys Compd. 1995. V. 217. № 1. P. 137. https://doi.org/10.1016/0925-8388(94)01315-9
- Nakashima S., Harima H. // Phys. Status Solidi. 1997. V. 162. № 1. P. 39. https://doi.org/10.1002/1521-396X(199707)162:1<39: :AID-PSSA39>3.0.CO;2-L
- Ghosh D., Subhash G., Orlovskaya N. // Acta Mater. 2008. V. 56. № 18. P. 5345. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.07.031
- Guo J., Zhang L., Fujita T. et al. // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. № 6. P. 060102. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.060102
- Shapkin N.P., Papynov E.K., Shichalin O.O. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 5. P. 629. https://doi.org/10.1134/S0036023621050168
- Lin J., Jin H., Ge X. et al. // Mater. Today Commun. 2021. V. 28. P. 102540. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102540
- Zhan-Hui D., Li-Xia Q., Bin Y. et al. // Chinese Phys. Lett. 2010. V. 27. № 8. P. 086106. https://doi.org/10.1088/0256-307X/27/8/086106
- Gu Z., Hu C., Fan X. et al. // Acta Mater. 2014. V. 81. P. 315. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.08.040
- Wipf H., Klein M.V., Williams W.S. // Phys. Status Solidi. 1981. V. 108. № 2. P. 489. https://doi.org/10.1002/pssb.2221080225
- Fan S., Singh S., Xu X. et al. // npj Quantum Mater. 2022. V. 7. № 1. P. 32. https://doi.org/10.1038/s41535-022-00436-8
- Soignard E., McMillan P.F. // Chem. Mater. 2004. V. 16. № 18. P. 3533. https://doi.org/10.1021/cm049797+
Дополнительные файлы
