MODEL OF ANOMALOUS CARBON DIFFUSION DURING SPARK PLASMA SINTERING OF TUNGSTEN CARBIDE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A model to explain the causes of anomalous carbon diffusion in tungsten carbide during spark plasma sintering (SPS) of α-WC + W2C powders has been proposed. The phenomenon of anomalously deep carbon penetration into tungsten carbide ceramics during SPS of a powder billet in graphite tooling, as discovered in previous studies by the authors, is characterized by the formation of an anomalously deep layer (∼ 50 mm in thickness) of pure tungsten monocarbide (a-WC) on the ceramic surface. The formation of this layer is due to the reduction of tungsten semicarbide (W2C) during its interaction with carbon diffusing from the tooling surface. The thickness of the reduced layer (∼ 50 mm) is several orders of magnitude greater than the values that follow from calculations of the depth of carbon diffusion, based on tabulated values of the activation energy of carbon diffusion in tungsten carbide. The model is based on the assumption that to facilitate the phase transformation of W2C → α-WC, during which, due to the restructuring of the atomic crystal structure, a change in the volume of the unit cell occurs, it is necessary to ensure not only the flow of additional carbon to the surface of the W2C particles, but also the formation of additional volume, the value of which is proportional to the change in density during this phase transformation (∼ 10%). The creation of additional volume is provided by the flow of nonequilibrium vacancies from the sample surface. The concentration of such vacancies is proportional to the value of the change in density during the phase
transformation of W2C→α-WC and the volume fraction of the W2C particles, and in this case exceeds the equilibrium concentration of vacancies in tungsten carbide by several orders of magnitude. The presence of these vacancies facilitates the accelerated diffusion of carbon in tungsten carbide. The model allows for the estimation of changes in the diffusion coefficient and enables the calculation of the depth of carbon penetration into the sintered material.

About the authors

Ksenia Evgenievna Smetanina

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: smetanina@nifti.unn.ru
ORCID iD: 0000-0003-1310-7379
SPIN-code: 7498-8955
Scopus Author ID: 57209878268
ResearcherId: AAE-3059-2022

Laboratory researcher at the Department of Metal Physics at the Research Institute of Physics and Technology

Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

Vladimir Nikolaevich Chuvil’deev

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod,

Email: chuvildeev@nifti.unn.ru
ORCID iD: 0000-0002-5411-6557
SPIN-code: 7542-6996
Scopus Author ID: 57201913687
ResearcherId: A-6710-2014

ProfessorDoctor of Sciences in Physics and Mathematics, Director of the Research Institute of Physics and Technology

Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

Pavel Valerievich Andreev

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: andreev@phys.unn.ru
ORCID iD: 0000-0003-0105-5655
SPIN-code: 9343-9070
Scopus Author ID: 55619473700
ResearcherId: M-8092-2015

Candidate of Sciences in Physics and Mathematics, Junior Researcher at the Research Institute of Physics and Technology

Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

References

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».