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Welche thermophysikalischen Eigenschaften haben poröses Ti2AlC und Ti3SiC2 pulvermetallurgisch hergestellt?

Hintergrund:

Die MAX-Phase ist eine Gruppe ternärer Verbindungen, deren allgemeine Formel Mn+1AXn ist (wobei M ein Übergangselement ist, a normalerweise aus der IIIAo IVA-Gruppe im Periodensystem stammt und X C oder N sein kann, N=1-3 ). Sie haben eine Nano-Aminierungsstruktur, die ihnen ungewöhnliche Eigenschaften verleiht. Maximale Kombination von Metall- und Keramikeigenschaften, wie hohe Steifigkeit, gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, hohe Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie gute thermische und elektrische Leitfähigkeit.

Welche thermophysikalischen Eigenschaften haben poröses Ti2AlC und Ti3SiC2 pulvermetallurgisch hergestellt?

Außerdem zeigen sie die mechanischen Dämpfungseigenschaften (Dämpfung) von Laminaten: Sie verformen sich zu Knicken, wodurch sie viel Energie aufnehmen können. Diese Eigenschaften machen sie zu idealen Kandidaten für spezielle Hochtemperaturanwendungen. Eine gute Oxidationsleistung ist eine notwendige Bedingung für den Einsatz des Materials bei hohen Temperaturen; Um seine Leistungsfähigkeit zu erhalten, muss eine Oxidationsschutzschicht gebildet werden.

In diesem Zusammenhang hat das Team um SATsipas eine Studie gestartet und im Journal of Alloys and Compounds am 29 Pulvermetallurgie“ Ziel ist es, die thermophysikalischen Eigenschaften von porösem Ti2AlC und Ti3SiC2 zu analysieren, die von Pulvermetallurgie.

Zusammenfassung:

Die Forscher führten eingehende Studien zu den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Ti2AlC- und Ti3SiC2 MAX-Phasenverbindungen mit kontrollierter Porosität und Korngröße durch, die durch Pulvermetallurgie gewonnen wurden, um ihre Verwendung in Fahrzeugkatalysatoren, Wärmetauschern oder schlagfesten Strukturen zu bestimmen. Anwendbarkeit.

Die Untersuchung wurde in unterschiedlichen Mengen (20-60 Vol.%) und unterschiedlichen Platzhaltergrößen (250-1000xh m) von ausbalancierten konsolidierten Proben und Proben ohne Platzhalter durchgeführt. Je nach maximaler Einsatztemperatur jedes Materials wird der Oxidationstest bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt.

Um den Oxidationsmechanismus zu verstehen, wurde die Oxidationskinetik analysiert, um jeweils den Einfluss der Porosität zu bestimmen. Außerdem wurden die Struktur und Zusammensetzung der nach dem Test gebildeten Oxidschicht mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) analysiert. Untersuchen Sie die elektrische und thermische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur und Temperaturen bis zu 1000°C.

Die Forscher diskutierten die Auswirkungen von Porengröße und Zellwanddicke und maßen die Permeabilität des Schaums. Der Einfluss der mikroskopischen Porosität und der makroskopischen Porosität auf die Permeabilität wird diskutiert und gleichzeitig der thermische Kompensationskoeffizient des hergestellten Schaums gemessen.

Diese porösen größten Phasen haben geeignete Eigenschaften für katalytische Substrate, Wärmeaustausch, Hochtemperaturfilter oder volumetrische Solarempfänger.

verarbeiten:

Ti2AlC bildet normalerweise eine dichte, dünne und gut haftende Al2O3-Schicht auf der Materialoberfläche. Andererseits bildet Ti3SiC2 eine Doppelschichtstruktur: die Außenseite ist eine TiO2-Schicht und die Innenseite ist eine kombinierte Schicht aus SiO2 und TiO2. Die Oxidationsmechanismen der größten Phasen von Ti2AlC und Ti3SiC2 zeigen beide eine parabolische Volumendynamik.

Außerdem wurde festgestellt, dass die Oxidschicht durch diffundierten Sauerstoff in das Materialinnere und durch diffundiertes Titan nach außen wächst, während Siliziumatome in situ oxidiert werden. Tabelle 1 fasst die relevanten Oxidationsstudien zusammen, die an der MAX-Phase durchgeführt wurden.

Obwohl die meisten der größten Phasenstudien auf dichten Materialien basieren, interessieren sich die Menschen aufgrund der Kombination ihrer einzigartigen Eigenschaften immer mehr für die Hochleistungsanwendungseigenschaften poröser Materialien der größten Phase, wie z. widerstandsfähige Strukturen an Fahrzeugen .

Es gibt nur wenige Studien zur Herstellung poröser Materialien mit maximaler Phase. L. Huet al. vorbereiteter Ti2AlC-Schaum mit kontrollierbarer Porosität unter Verwendung von NaCl als Porenbildung. T.Feyet al. präparierte Ti2AlC-Schaumstoff im Gelgussverfahren und simulierte dessen elastisches Verhalten mittels Femi-Modellierung. Obwohl die größte poröse Phase sehr interessiert ist, gibt es bisher nur wenige detaillierte Studien zum Oxidationsverhalten der größten porösen Phase.

Gonzalez-Julian untersuchte die Oxidationsbeständigkeit der größten Phase von porösem Cr2AlC. Der Zweck dieser Arbeit besteht darin, die thermophysikalischen Eigenschaften der porösen Max-Stufe Ti2AlC Ti3SiC2 zu untersuchen und die Größe und Menge der Porosität zu kontrollieren, die Eignung dieser Schäume für Solarvolumenempfänger, Wärmetauscher in Kontakt mit aktiven Wärmeträgerflüssigkeiten, Hochtemperatur Filter oder Die Substrate sind Hochtemperaturelektroden von katalytischen Verbrennungsanlagen, Festoxidbrennstoffzellen, Komponenten und Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, Reibung und Verschleiß in Kernbrennstoffen und Baumaterialien.

Der durchschnittliche Äquivalentdurchmesser und die durchschnittliche Zellwanddicke der Makroporosität und ihre jeweiligen Standardabweichungen.

Bei einem Schaumstoff mit einem Volumen-% von 60 ist die Größenverteilung der drei Schaumstoffe:

250-400 Läufer m, 400-800 Läufer m und 800-1000 Läufer m,

a) Ti2AlC und b) Ti3SiC2.

a) Ti2AlC Ti3SiC2 bei 1000 °C und b) Ti2AlC Ti3SiC2 bei 900 °C.

Die oxidierte Ti2AlC-Probe wird über einen Zeitraum von 1000 Stunden 24,

a) Dichte Oberfläche, b) 20 Vol.% hält 250-400µm Space Frame Größe und

C) 60 Vol.% hält die Größe des internen Clips mit einem Abstand von 800-1000 µm.

Oxidieren der Ti3SiC2-Probe bei 900 °C für einen 10-24-Stunden-Zyklus,

a) Dichte Oberfläche, b) 20-250 und C) 60-800 innen.

a) Ti2AlC und b) Ti3SiC2 poröse Probenzusammensetzungsdiagramm.

Der Einfluss der mittleren Porengröße auf die Wärmeleitfähigkeit der festen Porosität im Material:

24Vol.% (Ti2AlC) und 66Vol.% (Ti3SiC2). Das Ergebnis sind 300 °C.

analysieren:

Diese Studie untersuchte die thermophysikalischen Eigenschaften der größten porösen Phasen Ti2AlC und Ti3SiC2 mit unterschiedlichen Porengrößen und unterschiedlichen Porositäten. In allen Fällen war die Oxidationskinetik der porösen Proben von Ti2AlC und Ti3SiC2 zu Beginn des ersten Zyklus (24 Stunden) viel schneller als während des restlichen Testzeitraums.

Dies zeigt an, dass sich in den ersten 24 Stunden eine schützende Oxidschicht gebildet hat. Die Oxidationskinetik von Ti2AlC folgt einem kubischen Gesetz. Die erhaltenen Qualitätsproben haben keinen Platzhalter und keine logarithmische Methode mit der niedrigsten Probenporosität (20-250), während die großflächigen Beobachtungsproben selten mit einer höheren Porosität erhalten werden.

Für Ti3SiC2 ist die Kinetik für alle spärlichen Dichten und Porengrößen logarithmisch. Der zyklische Test wurde 24 Stunden lang bei 1000 °C (Ti2AlC) und 900 °C (Ti3SiC2) insgesamt 240 Stunden lang durchgeführt. Alle getesteten Ti2AlC- und Ti3SiC2-Proben zeigten Beständigkeit gegen Oxidation und Thermoschock.

Die in den porösen Proben der beiden Materialien gebildete Schutzschicht ist dicht, haftet gut, weist keine Risse auf und widersteht thermischen Zyklen, obwohl die Oberfläche aufgrund des Vorhandenseins von Poren vergrößert wird.

Porosität und Größe beeinflussen die Massenzunahme: Je größer die exponierte Fläche, desto größer die Massenzunahme. Bei porösem Ti2AlC erhöht der Wechsel von geschlossener Porosität zu offener Porosität den Massengewinn stark. Die Porosität ändert sich von geschlossen zu offen. Mit zunehmender Porosität ändert sich der Mechanismus der Sauerstoffdiffusion durch die Probe, und auch die Mikrostruktur der Oxidschicht innerhalb der Poren ändert sich.

Andererseits weisen alle porösen Ti3SiC2-Proben Oxidschichten mit ähnlichen Eigenschaften auf der Innenfläche der Poren auf. Bei allen Proben trat während der Bildung der Oxidschicht kein Massenverlust auf, was darauf hindeutet, dass kein Abplatzungsphänomen auftrat, was bewies, dass das poröse Material, das in dieser Studie nach dem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wurde, eine gute Festigkeit und Qualität aufweist.

Daher können diese porösen Maximalphasen für Abgaskatalysatoren, Hochtemperaturelektroden, Brennervorrichtungen oder Anwendungen unter Verbrennungsbedingungen in Betracht gezogen werden.

Die Zunahme der Permeabilität hängt mit der Zunahme der Porosität und Porengröße zusammen: Beides fördert den Gasfluss durch die Probe. Der Unterschied in der Permeabilität zwischen Ti2AlC- und Ti3SiC2-Porenstrukturen mit ähnlicher Porosität hängt mit der makroskopischen Porosität zusammen. Je größer die makroskopische Porosität, desto größer die Permeabilität.

Bei ähnlicher Porosität nimmt der lineare CTE leicht mit der Zunahme der durchschnittlichen Porengröße zu, und die Zunahme der Porosität verringert den linearen CTE. Die elektrische Leitfähigkeit und Permeabilität dieser Schäume mit der größten Phase machen sie zu guten Kandidaten für katalytische Verbrennungsvorrichtungen, Hochtemperaturelektroden oder Festoxid-Brennstoffzellensubstrate oder Wärmetauscher in Kontakt mit aggressiven Wärmeübertragungsflüssigkeiten.

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