STUDY OF THE CHARACTERISTICS OF Ti-C POWDER OBTAINED BY PLASMA-CHEMICAL SYNTHESIS WITH MICROWAVE (MW) IRRADIATION

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

This article examines the current state and development prospects of the Russian market for titanium and its derivatives, particularly titanium carbide (TiC). Titanium carbide, with its outstanding mechanical properties, is widely used in various industrial applications, including the production of cutting tools and high-temperature materials. The review section of the article describes various methods for producing TiC, including high-temperature sintering and plasma technologies, providing a comprehensive picture of the technological and scientific approaches to obtaining and optimizing production processes and improving the quality of the final product. In this study, the selected approach for producing titanium carbide was the use of low-temperature plasma, additionally exposed to microwave radiation, implemented in a combined laboratory setup. Pure titanium oxide and various carbon-containing materials (carbidizers) were used for the model experiment. The conducted research demonstrates the use of a polynomial neural network model (PNNM), optimizing the plasma-chemical synthesis (PCS) parameters and the improving the qualitative and quantitative characteristics of the resulting product, depending on the input process conditions. Additional research tools, such as the finite element method, allowed us to obtain primary data for initial training of the PNM, specifically, to introduce dependencies of the physical parameters of the PCS process. The obtained experimental dependencies allowed us to retrain and configure the PNM, which, through adaptive learning, allows us to adjust the setup modes. In the future, the PNNM will help improve the PCS process and the characteristics of the resulting material, increasing equipment productivity, and even modifying the design features of individual components, such as the plasma torch. The results of chemical and spectral analysis of the synthesis products, consisting primarily of titanium carbide, are presented. Changes in the composition and structure of the resulting synthesis products after high-temperature plasma exposure are analyzed. The research results highlight the importance of exploring and improving technological approaches to the production and manufacture of refractory compounds, such as titanium carbide, with desired properties, which will enable the successful development and rapid deployment of Russian production facilities in the future.

About the authors

D. I. Balakhonov

Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Materials Science, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: karoxar@mail.ru
Khabarovsk, Russia

M. I. Dvornik

Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Materials Science, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Khabarovsk, Russia

S. V. Nikolenko

Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Materials Science, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Khabarovsk, Russia

References

  1. Емкость рынка титана в 2023 году превысила 18 тыс. тонн. Корпорация ВСМПО-АВИСМА – Москва, 2023. – URL: ttps://www.metalinfo.ru/ru/news/161102 (дата обращения 21 мая 2024 г.).
  2. Комплексный анализ рынка целевого рынка карбида титана – тенденции, прогноз и региональные идеи. Market Research Intellect – США, Вашингтон, округ Колумбия, 2025. – URL: https://www.marketresearchintellect.com/ru/product/global-titanium-carbide-sputtering-target-market/(дата обращения август 2025 г.).
  3. Богданов С.П. Синтез карбида титана в присутствии йода // Новые огнеупоры. 2015. №10. С. 57-62.
  4. Крутский Ю.Л., Максимовский Е.А., Петров Р.В., и др. Синтез карбида и диборида титана для металлообработки и получения керамики // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. 23. № 4. С. 155-166.
  5. Крутский Ю.Л., Баннов А.Г., Антонова Е.В., и др. Синтез высокодисперсного порошка карбида титана с использованием нановолокнистого углерода // Перспективные материалы. 2014. № 2. С. 60-65.
  6. Хидиров И., Парпиев А.С., Гетманский В.В., Махмудов Ш.А. Нейтронографическое исследование фазовых превращений на нижней границе области гомогенности кубического карбида титана TiCx // Журнал неорганической химии. 2022. 67. № 4. С. 483-491.
  7. Туманов Ю.H. Плазменные, высокочастотные, микроволновые и лазерные технологии в химико-металлургических процессах // М.: Физматлит. 2010.
  8. Anshakov A., Domarov P., Faleev V. Plasma devices for the synthesis and processing of powder materials // 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020), Virtual, Tomsk, Russia, September 14–26, 2020. Virtual, Tomsk, Russia: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2020.
  9. Пак А.Я., Якич Т.Ю., Мамонтов Г.Я. [и др.] Получение карбида титана в атмосферной электроразрядной плазме // Журнал технической физики. 2020. 90. № 5. С. 805-810.
  10. Balakhonov, D.I., Nikolenko S.V. Tungsten Borides Prepared from Tungsten-Containing Concentrate via Exposure to Microwave Plasma // Inorganic Materials. 2023. 59. № 6. P. 576-582.
  11. Балахонов Д.И., Макаров И.А. Плазмохимический синтез карбидов вольфрама из многокомпонентных оксидосодержащих концентратов // Расплавы. 2020. № 2. С. 113-123.
  12. Domarov P.V., Serikov V.A., Morev A.E., Cherednichenko O.S. Vacuum Plasmatrons with Hollow Cathode: Gas-Dynamic Plasma Processes in the Hollow Cathode // Journal of Engineering Thermophysics. 2023. 32. № 3. P. 603-626.
  13. Заякина С.Б. Исследования параметров плазмы и аналитических возможностей источников возбуждения спектров // Аналитика и контроль. 2005. 9. № 4. С 377-385.
  14. Шавелкина М.Б., Амиров Р.Х., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Спектроскопическое исследование плазменной струи гелия с добавками углеводородов // ТВТ. 2020. 58. № 3. С. 327–335.
  15. Горячев С.В., Хромов М. А., Кавыршин Д. И., и др. Скорость и температура плазменных струй и их изменение вносимыми в плазму искусственными оптическими неоднородностями // ТВТ. 2021. 59. №1. С. 41–50.
  16. Капсаламова, Ф. Р., Красиков С. А., Журавлев В. В. Особенности фазовых превращений при механохимическом легировании в композиции Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C // Расплавы. 2021. № 1. С. 79-89.
  17. Пак, А. Я. Закономерности и характеристики процессов получения керамических материалов на основе карбидов в условиях воздействия атмосферной электродуговой плазмы: специальность 13.80.00: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Пак Александр Яковлевич, 2022. 340 с.
  18. Прибытков Г.А., Фирсина И.А., Коржова В.В. [и др.] Исследование продуктов синтеза в порошковых смесях титана, углерода и алюминия // Известия вузов. Физика. 2021. 64. № 9(766). С. 92-98.
  19. Гордиенко П.С., Пашнина Е.В., Ярусова С. Б. Комплексная переработка ильменитового концентрата // Химическая технология. 2019. 20. № 14. С. 657–661.
  20. Гостищев В.В., Хосен Ри, Щекин А.В., Дзюба Г.С. Получение металлов и композиционных материалов с использованием минерального сырья Дальнего Востока // Хабаровск: изд-во ТОГУ. 2019. 230 с.
  21. Климова И.И., Особенности профессионально-ориентированного подхода к обучению иностранному языку // Фундаментальные и прикладные исследования кооперативного сектора экономики. 2015. № 1. С. 201-204.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».