Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту

Нанорозмірний карбід NiCx (x ≤ 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм) синтезовано методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині. Показано, що під час механохімічної о...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2019
Hauptverfasser:	Наконечна, О.І., Білявина, Н.М., Дашевський, М.М., Курилюк, А.М., Макара, В.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2019
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Матеріалознавство
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158093
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту / О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, ський М.М. Дашев, А.М. Курилюк, В.А. Макара // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 4. — С. 50-56. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-158093
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1580932025-02-09T14:00:14Z Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Механохимический синтез карбида NiCx с дефектной структурой типа сфалерита Mechanochemical synthesis of NiCx carbide with the sphaleritetype defect structure Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Дашевський, М.М. Курилюк, А.М. Макара, В.А. Матеріалознавство Нанорозмірний карбід NiCx (x ≤ 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм) синтезовано методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині. Показано, що під час механохімічної обробки шихти відбувається руйнування нанотрубок і внаслідок дифузії атоми аморфізованого вуглецю частково заповнюють тетраедричні пустоти в кристалічній ґратці нікелю. Показано також, що на характер взаємодії між вихідними компонентами та відповідно й на фазовий склад кінцевого продукту синтезу істотно впливає алотропічна форма вуглецевої компоненти шихти Ni—C (графіт або вуглецеві нанотрубки). Наноразмерный карбид NiCx (x ≤ 0,33) с дефектной кубической структурой типа сфалерита (а = 0,3549 нм) синтезирован методом механохимического сплавления смеси порошков никеля и многостенных углеродных нанотрубок в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице. Показано, что при механохимической обработке шихты происходит разрушение нанотрубок и в результате диффузии атомы углерода частично заполняют тетраэдрические пустоты в кристаллической решетке никеля. Показано также, что на характер взаимодействия между исходными компонентами и, соответственно, на фазовый состав конечного продукта синтеза существенно влияет аллотропическая форма углеродной компоненты шихты Ni—C (графит или углеродные нанотрубки). NiCx nano-sized carbide (x ≤ 0.33) with the sphalerite-type defect cubic structure (a = 0.3549 nm) is synthesized by the mechanochemical alloying of the mixture of a nickel powder and multiwalled carbon nanotubes in a highenergy planetary ball mill. It is shown that the destruction of nanotubes occurs at the mechanochemical processing of the charge, and the carbon atoms partially fill the tetrahedral voids in the nickel crystal lattice as a result of the diffusion. It is also shown that the allotropic form of the carbon component of the Ni—C charge (graphite or carbon nanotubes) significantly affects the nature of the interaction between the initial components and, consequently, the phase composition of the final synthesis product. 2019 Article Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту / О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, ський М.М. Дашев, А.М. Курилюк, В.А. Макара // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 4. — С. 50-56. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.04.050 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158093 621.762; 538.9; 539.26. uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Матеріалознавство Матеріалознавство
spellingShingle	Матеріалознавство Матеріалознавство Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Дашевський, М.М. Курилюк, А.М. Макара, В.А. Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Доповіді НАН України
description	Нанорозмірний карбід NiCx (x ≤ 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм) синтезовано методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих нанотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині. Показано, що під час механохімічної обробки шихти відбувається руйнування нанотрубок і внаслідок дифузії атоми аморфізованого вуглецю частково заповнюють тетраедричні пустоти в кристалічній ґратці нікелю. Показано також, що на характер взаємодії між вихідними компонентами та відповідно й на фазовий склад кінцевого продукту синтезу істотно впливає алотропічна форма вуглецевої компоненти шихти Ni—C (графіт або вуглецеві нанотрубки).
format	Article
author	Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Дашевський, М.М. Курилюк, А.М. Макара, В.А.
author_facet	Наконечна, О.І. Білявина, Н.М. Дашевський, М.М. Курилюк, А.М. Макара, В.А.
author_sort	Наконечна, О.І.
title	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
title_short	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
title_full	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
title_fullStr	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
title_full_unstemmed	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту
title_sort	механохімічний синтез карбіду nicx з дефектною структурою типу сфалериту
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Матеріалознавство
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158093
citation_txt	Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту / О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, ський М.М. Дашев, А.М. Курилюк, В.А. Макара // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 4. — С. 50-56. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT nakonečnaoí mehanohímíčnijsintezkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT bílâvinanm mehanohímíčnijsintezkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT daševsʹkijmm mehanohímíčnijsintezkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT kurilûkam mehanohímíčnijsintezkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT makarava mehanohímíčnijsintezkarbídunicxzdefektnoûstrukturoûtipusfaleritu AT nakonečnaoí mehanohimičeskijsintezkarbidanicxsdefektnojstrukturojtipasfalerita AT bílâvinanm mehanohimičeskijsintezkarbidanicxsdefektnojstrukturojtipasfalerita AT daševsʹkijmm mehanohimičeskijsintezkarbidanicxsdefektnojstrukturojtipasfalerita AT kurilûkam mehanohimičeskijsintezkarbidanicxsdefektnojstrukturojtipasfalerita AT makarava mehanohimičeskijsintezkarbidanicxsdefektnojstrukturojtipasfalerita AT nakonečnaoí mechanochemicalsynthesisofnicxcarbidewiththesphaleritetypedefectstructure AT bílâvinanm mechanochemicalsynthesisofnicxcarbidewiththesphaleritetypedefectstructure AT daševsʹkijmm mechanochemicalsynthesisofnicxcarbidewiththesphaleritetypedefectstructure AT kurilûkam mechanochemicalsynthesisofnicxcarbidewiththesphaleritetypedefectstructure AT makarava mechanochemicalsynthesisofnicxcarbidewiththesphaleritetypedefectstructure
first_indexed	2025-11-26T14:37:39Z
last_indexed	2025-11-26T14:37:39Z
_version_	1849864081800953856
fulltext	50 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 4 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.04.050 УДК 621.762; 538.9; 539.26. О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, М.М. Дашевський, А.М. Курилюк, В.А. Макара Київський національний університет ім. Тараса Шевченка E-mail: les@univ.kiev.ua Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Представлено членом-кореспондентом НАН України В. А. Макарою Нанорозмірний карбід NiCx (x 0,33) із дефектною кубічною структурою типу сфалериту (а = 0,3549 нм) синтезовано методом механохімічного сплавлення суміші порошків нікелю та багатостінних вуглецевих на- нотрубок в високоенергетичному кульовому планетарному млині. Показано, що під час механохімічної оброб- ки шихти відбувається руйнування нанотрубок і внаслідок дифузії атоми аморфізованого вуглецю частково заповнюють тетраедричні пустоти в кристалічній ґратці нікелю. Показано також, що на характер взаємо- дії між вихідними компонентами та відповідно й на фазовий склад кінцевого продукту синтезу істотно впли- ває алотропічна форма вуглецевої компоненти шихти Ni—C (графіт або вуглецеві нанотрубки). Ключові слова: карбіди NiCx, кристалічна структура типу сфалериту ZnS, механохімічний синтез, рент- генівська порошкова дифрактометрія, твердий розчин. Метод механохімічного синтезу (механічного сплавлення), або обробка вихідної шихти в високоенергетичному кульовому млині при кімнатній температурі на даний час є одним з методів порошкової металургії, націлених на отримання стабільних та/або метастабільних інтерметалідів, оксидів, карбідів тощо, або композиційних матеріалів на їх основі [1, 2]. До переваг цього методу слід віднести, по-перше, одержання вихідного продукту в нанороз- мірному стані, а по-друге, можливість синтезу матеріалу, що неможливо при використанні інших методик (наприклад, отримання пересичених твердих розчинів). З застосуванням цього методу в останні роки нами було виконано цикл робіт з механохімічного синтезу подвійних карбідів d-перехідних металів. Синтез зазначених сполук проводили в високо- енергетичному кульовому млині з використанням багатошарових вуглецевих нанотрубок (ВНТ) в якості вуглецевої компоненти. В результаті було синтезовано нанорозмірні порош- ки монокарбідів TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC [3], карбідів Mo2C, WC [4], Fe3C [5] та Co3C [3], а також показана ефективність використання ВНТ для синтезу як стабільних високо- температурних (HfC), так і метастабільних (Co3C) карбідів. Мета даної роботи — синтез карбідних фаз у системі Ni—ВНТ та дослідження їх крис- талічної структури. © О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, М.М. Дашевський, А.М. Курилюк, В.А. Макара, 2019 51ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 4 Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Суміш вихідних порошків із вмістом 75 ат. % Ni (чистота 99,9 ваг. %, розмір частинок <80 мк) та 25 ат. % ВНТ (виробництво ТОВ "ТМ Спецмаш" Київ, розмір частинок 10— 20 нм) насипали у сталевий стакан для циклічної обробки в високоенергетичному кульо- вому планетарному млині. Температура робочої області в зоні реакції не перевищувала 100 °С, швидкість обертання стаканів складала 1480 об/хв. Зміни, яких зазнає нікель при його взаємодії з вуглецевими нанотрубками в процесі механохімічного синтезу, вивчали за дифрактограмами, отриманими в дискретному режимі на апараті ДРОН-3М (випроміню- вання CuKα, кутовий інтервал зйомки 20—130°, крок сканування 0,05°, експозиція в кожній точці — 3 с) від тестових зразків, які були відібрані після певного часу (30—60 хв) обробки вихідної шихти в кульовому млині. Зйомку здійснювали з обертанням зразка у площині закріплення кювети з досліджуваною речовиною. Первинну обробку рентгенівських даних проводили методом повнопрофільного аналізу. Для якісного і кількісного фазового аналізу, уточнення параметрів ґратки, визначення кристалічної структури та параметрів реальної структури фаз використовували оригінальний програмний пакет [7], який включає в себе повний комплекс процедури Рітвельда. Результати рентгенівського фазового аналізу свідчать про те, що вже після 60 хв оброб- ки вихідної суміші у млині, тестовий зразок окрім вихідного нікелю з параметром ґратки а = 0,3522(3) нм містить додаткову ізоструктурну йому кубічну фазу NiCx зі значно біль- шим значенням параметра ґратки: а = 0,3546(7) нм (фрагмент цієї дифрактограми наведено на рис. 1, а, додаткова до нікелю фаза позначена на рисунку пунктирною лінією). При по- дальшій обробці (120 хв і більше) ця додаткова фаза стає єдиною фазовою складовою дослі- джених тестових зразків (рис. 1, б, таблиця), а її дифрактограми добре індексуються в ГЦК ґратці з параметром, який впродовж обробки поступово збільшується, досягаючи при 360 хв значення а = 0,35492(8) нм (рис. 2). Зважаючи на значне збільшення параметра ґратки фази NiCx, сформованої в результаті механохімічної обробки шихти Ni—ВНТ, було зроблено припущення, що взаємодія компо- Рис. 1. Фрагменти (а) та повні дифрактограми (б) продуктів синтезу шихти Ni-ВНТ після її обробки в кульовому млині 52 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 4 О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, М.М. Дашевський, А.М. Курилюк, В.А. Макара нентів вихідної суміші відбувається із зануренням атомів вуглецю до кристалічної структу- ри металічного нікелю. Дійсно, раніше при ТЕМ дослідженні продуктів синтезу в системі Fe—ВНТ нами [5] було показано, що на першому етапі механохімічної обробки цієї шихти ВНТ, які згідно з даними авторів [8] вже після 15 хв обробки в кульовому млині руйнуються та поступово перетворюються на аморфний вуглець, прямують до зруйнованих частинок металу і частково обгортають їх. Тобто, можна припустити, що на початковій стадії механіч- ного сплавлення шихти Ni—ВНТ також переважно реалізуються процеси аморфізації нано- трубок та руйнування по границях зерен частинок вихідного нікелю. При цьому за рахунок дифузії аморфізовані атоми вуглецю проникають по розвинутих границях зерен частинок нікелю в середину ґратки металу з утворенням фази занурення. Більше того, нами було по- казано [3], що при невеликих (до 10 ат. %) добавках ВНТ при механохімічному сплавленні шихти Ni—ВНТ вже після її 60 хв обробки утворюється пересичений твердий розчин зану- рення (5 ат. % С), параметр ґратки якого збільшується лише до значення а = 0,3524 нм, а ато- ми вуглецю розміщуються в октаедричних порах ґратки нікелю (просторова група Fm3m, Ni в 4(а) 0 0 0 та частково заповнена атомами вуглецю позиція 4(b) 0,5 0,5 0,5). Наявність же двох фаз у тестовому зразку, відібраному після 60 хв обробки шихти (див. рис. 1, а, табли- цю), дає нам підставу припустити, що фаза NiCx насправді є індивідуальним карбідом, а не зазначеним твердим розчином занурення вуглецю в гратку нікелю. Фазовий склад продуктів механохімічної обробки шихти Ni—ВНТ, періоди та мікродеформація гратки фази NiCx, розмір її кристалітів Тривалість роз- мелювання, хв Фазовий склад Параметр ґратки, a, нм Параметр x Розмір криста- літів, D, нм Мікродеформація ґратки, ε, % 0 Ni1) 0,35225(3) 0 – 60 Ni + NiCx 0,3546(7) – – – 120 NiCx 0,3546(2) 0,20(1) 20(3) 0,54(5) 150 NiCx 0,3546(9) 0,22(1) 11(2) 0,30(6) 210 NiCx 0,35476(9) 0,27(1) 13(2) 0,18(6) 270 NiCx 0,35488(9) 0,31(1) 15(1) 0,00(3) 315 NiCx 0,35491(9) 0,32(1) 15(2) 0,25(2) 360 NiCx 0,35492(8) 0,33(1) 15(1) 0,39(5) 1) Вихідний порошок нікелю Рис. 2. Залежності періодів ґратки карбіду NiCx та ступеню її заповнення атомами вуг- лецю від часу обробки шихти в кульовому млині 53ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 4 Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту Для встановлення локалізації атомів вуглецю в кристалічній ґратці карбіду NiCx було виконано рентгеноструктурні розрахунки для двох моделей з розміщенням цих додаткових атомів в кристалічній структурі металічного нікелю, а саме, в позиціях 0,5 0,5 0,5 або 0,25 0,25 0,25 просторової групи Fm3m. В результаті показано, що кращою для опису структу- ри синтезованої фази NiCx є модель, в якій атоми вуглецю частково займають положення 0,25 0,25 0,25, а не 0,5 0,5 0,5 (якщо фактор розбіжності RB для першої моделі не перевищу- вав 0,01, то для другої моделі його значення було більшим за 0,05). В свою чергу можливі два варіанти розміщення атомів вуглецю в положенні 0,25 0,25 0,25 та еквівалентних йому, а саме, статистичне розміщення атомів вуглецю за правильною системою точок 8(с) про- сторової групи Fm3m (дефектна структура типу CaF2 флюорит), або розміщення атомів за правильною системою точок 4(c) просторової групи F-43m (дефектна структура типу ZnS сфалерит). Одержані структурні розрахунки дають абсолютно однакову збіжність між роз- рахованими за цими моделями та експериментальними значеннями інтенсивностей відбит- тів. Остаточно отримане наступне розміщення атомів у структурі NiCx: в рамках просторо- вої групи Fm3m, 4 Ni в 4(a) 0 0 0 та 8x C в 8(c) 0,25 0,25 0,25; або в рамках просторової групи F-43m, 4 Ni в 4(a) 0 0 0 та 4x C в 4(c) 0,25 0,25 0,25. В подальшому при аналізі результатів ми спиралися на значення x (ступень заповнення позиції), яке притаманне моделі структу- ри типу ZnS сфалерит. Показано, що синхронно зі збільшенням періоду ґратки фази NiCx величина x зі збільшенням часу обробки вихідної шихти в кульовому млині істотно збіль- шується (див. рис. 2), досягаючи при 360 хв свого максимального значення x = 0,33, яке від- повідає стехіометрії вихідної суміші. Аналіз розташування атомів у кристалічній структурі NiCx показує, що атоми вуглецю в ній частково розміщуються в тетраедричних пустотах вихідної нікелевої ґратки. Відстані між атомами С—Ni в багатогранниках CNi4 складають 0,1537 нм (для фази NiCx, синтезова- ної після 360 хв обробки в кульовому млині). Але атомам нікелю при цьому притаманне або тетраедричне оточення з атомів вуглецю (якщо прийняти за істину розташування атомів за типом ZnS (рис. 3, а)), або кубічне оточення з атомів вуглецю при розташуванні атомів за типом CaF2 (рис. 3, б). Рентгенодифрактометричне дослідження методом апроксимації параметрів реальної структури показує, що карбід NiCx формується у дрібнокристалічному стані із розміром Рис. 3. Координаційні багатогранники атомів нікелю та вуглецю при описанні структури карбіду NiCx в моделях структури типу ZnS (a) та CaF2 (б), а також в структурі твердого розчину (Ni,C) (червоні кола — атоми нікелю, зелені кола — атоми вуглецю) 54 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 4 О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, М.М. Дашевський, А.М. Курилюк, В.А. Макара кристалітів ≈ 20 нм і зі збільшенням часу розмелювання ця величина варіюється не- значно. Проте деформація кристалічної ґратки NiCx дещо змінюється (рис. 4) і проходить через свій мінімум, притаман- ний області практичного завершення на- сичення структури нікелю атомами вугле- цю (див. рис. 2). Слід зазначити, що отримані нами результати з механохімічного сплавлення шихти Ni—ВНТ (3:1) істотно відрізняються від одержаних авторами роботи [6] для механохіміч- ного легування шихти Ni-графіт того ж складу. А саме, оброблений протягом 300 хв зразок Ni — 25 ат. % С (графіт) містить суміш двох фаз: Ni3C (95 ваг. %) + (Ni,C) (5 ваг. %). При цьому період ґратки твердого розчину (Ni,C) (0,3554 нм) практично збігається з отриманим нами для фази NiCx (див. таблицю). Крім того, на відміну від описаного в роботі [6] та до- слідженого нами [3] пересиченого твердого розчину (Ni,C), атомам вуглецю в яких прита- манне октаедричне оточення з атомів нікелю, атомам вуглецю у синтезованій в даній роботі фазі NiCx властиве тетраедричне оточення з атомів нікелю, що є ще одним підтвердженням індивідуальності синтезованого карбіду NiCx. Тобто, зіставлення отриманих нами даних з результатами авторів [6] вказують, що при механохімічній обробці в високоенергетичному кульовому млині шихти Ni—C взаємодія компонент істотно залежить від того, в якій ало- тропічній формі перебуває вихідний вуглець. Результати низки робіт, присвячених дослідженню тонких плівок Ni—C нанесених мето- дами напилення або лазерного осадження вихідного матеріалу [9—11], свідчать, що хороші механічні (твердість до 14 ГПа) та електрофізичні (пропускання в видимій області до 98 %) властивості цих плівок зумовлені їх фазовим складом. А значить, синтезований в даній ро- боті карбід NiCx може бути перспективним матеріалом для створення на його основі прозо- рих тонкоплівкових електродів для сонячних елементів та фотоелектричних датчиків. Таким чином, в даній роботі в результаті механохімічної обробки в високоенергетич- ному кульовому планетарному млині шихти Ni—ВНТ вперше синтезовано нанорозмірний карбід NiCx, кристалічну структуру якого віднесено до дефектної структури типу сфале- риту. Показано, що при механохімічному легуванні суміші Ni—C на характер взаємодії між вихідними компонентами та відповідно й на фазовий склад кінцевого продукту синтезу іс- тотно впливає те, яка саме алотропічна форма вуглецю (графіт або вуглецеві нанотрубки) була використана для виготовлення шихти. Рис. 4. Залежності розміру кристалітів та мікро- деформації кристалічної ґратки карбіду NiCx 55ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 4 Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling. Progress in Mater. Sci. 2001. 46. P. 1—184. doi: https://doi. org/10.1016/S0079-6425(99)00010-9 2. Suryanarayana C., Al-Aqeeli N. Mechanically Alloyed Nanocomposites. Progress in Mater. Sci. 2013. 58. P. 383—502. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.10.001 3. Nakonechna O.I., Dashevskyi M.M., Boshko О.І., Zavodyanny V.V., Belyavina N.N. Effect of the carbon nano tubes on mechanochemical synthesis of d-metal carbide nanopowders and nanocomposites. Progress in Phys. Metals. 2019. 20. № 1 (accepted for publication). 4. Nakonechna O., Dashevskyi M., Belyavina N. (2018). Synthesis of the WC and Mo2C carbides by mechanical alloying of metal powder and carbon nanotubes. Металофиз. и новейшие технологии. 40, № 5, P. 637–648. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.40.05.0637 5. Boshko O., Nakonechna O., Belyavina N., Dashevskyi M., Revo S. Nanocrystalline Fe–C composites ob- tained by mechanical alloying of iron and carbon nanotubes. Advanced Powder Technology. 2017. 28. № 3. P. 964—972. doi: https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.12.026 6. Portnoi V.K., Leonov A.V., Mudretsova S.N., Fedotov S.A. Formation of nickel carbide in the course of defor- mation treatment of Ni-C mixtures. The Phys. Metals and Metallography. 2010. 109. № 2. P. 153—161. doi: https://doi.org/10.1134/S0031918X10020079 7. Dashevskyi M., Boshko О., Nakonechna O., Belyavina N. Phase transformations at mechanical milling of the equiatomic Y-Cu powder mixture. Металофиз. и новейшие технологии. 2017. 39. № 4. P. 541—552. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.39.04.0541 8. Li Y.B., Wei B.Q., Liang J., Yu Q., Wu D.H. Transformation of carbon nanotubes to nanoparticles by ball mill- ing process. Carbon. 1999. 37. P. 493–497. doi: https://doi.org/10.1016/S0008-6223(98)00218-8 9. Ujvari T., Toth A., Kovacs G.J., Safran G., Geszti O., Radnoczi G., Bertoti I. Composition, structure and me- chanical property analysis of DC sputtered C-Ni and CNx-Ni nanocomposite layers. Surface and Interface Analysis. 2004. 36. № 8. P. 760—764. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.081 10. Li H., Guan L., Zhao Y., Xu Z., Sun J., Wu J., Xu N. Synthesis of single-crystalline NiCx nanorods by pulsed laser deposition accompanied by N2 annealing. Mater. Lett. 2015. 145. P. 291—294. doi: https://doi. org/10.1016/j.matlet.2015.01.120 11. Radnóczi G., Kovács G. J., Sáfrán G., Sedlácková K., Geszti O., Ujvári T., Bertóti I. Structure and properties of carbon based nanocomposite films. In Metallic Materials with High Struct. Efficiency. Dordrecht: Spring- er. 2004. doi: https://doi.org/10.1007/1-4020-2112-7_9 Надійшло до редакції 31.01.2019 REFERENCES 1. Suryanarayana, C. (2001). Mechanical alloying and milling. Progress in Mater. Sci., 46, pp. 1-184. doi: https:// doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00010-9 2. Suryanarayana, C. & Al-Aqeeli, N. (2013). Mechanically Alloyed Nanocomposites. Progress in Mater. Sci., 58, pp. 383-502. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.10.001 3. Nakonechna, O. I., Dashevskyi, M. M., Boshko, О. І., Zavodyanny, V. V. & Belyavina, N. N. (2019). Effect of the carbon nanotubes on mechanochemical synthesis of d-metal carbide nanopowders and nanocomposites. Progress in Phys. Metals, 20, No. 1 (accepted for publication). 4. Nakonechna, O., Dashevskyi, M. & Belyavina, N. (2018). Synthesis of the WC and Mo2C carbides by me- chanical alloying of metal powder and carbon nanotubes. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40, No. 5, pp. 637- 648. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.40.05.0637 5. Boshko, O., Nakonechna, O., Belyavina, N., Dashevskyi, M. & Revo, S. (2017). Nanocrystalline Fe–C compos- ites obtained by mechanical alloying of iron and carbon nanotubes. Advanced Powder Technol., 28, No. 3, pp. 964-972. doi: https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.12.026 6. Portnoi, V. K., Leonov, A. V., Mudretsova, S. N. & Fedotov, S. A. (2010). Formation of nickel carbide in the course of deformation treatment of Ni-C mixtures. The Phys. Metals and Metallography, 109, No. 2, pp. 153- 161. doi: https://doi.org/10.1134/S0031918X10020079 56 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 4 О.І. Наконечна, Н.М. Білявина, М.М. Дашевський, А.М. Курилюк, В.А. Макара 7. Dashevskyi, M., Boshko, О., Nakonechna, O. & Belyavina, N. (2017). Phase transformations at mechanical milling of the equiatomic Y-Cu powder mixture, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 4, pp. 541-552. doi: doi: https://doi.org/10.15407/mfint.39.04.0541 8. Li, Y. B., Wei, B. Q., Liang, J., Yu, Q. & Wu, D. H. (1999). Transformation of carbon nanotubes to nanoparticles by ball milling process. Carbon, 37, pp. 493-497. doi: https://doi.org/10.1016/S0008-6223(98)00218-8 9. Ujvari, T., Toth, A., Kovacs, G. J., Safran, G., Geszti, O., Radnoczi, G. et.al. (2004). Composition, structure and mechanical property analysis of DC sputtered C-Ni and CNx-Ni nanocomposite layers. Surface and Interface Analysis, 36, No. 8, pp. 760-764. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.081 10. Li, H., Guan, L., Zhao, Y., Xu, Z., Sun, J., Wu, J. et al. (2015). Synthesis of single-crystalline NiCx nanorods by pulsed laser deposition accompanied by N2 annealing. Mater. Lett., 145, pp. 291-294. doi: https://doi. org/10.1016/j.matlet.2015.01.120 11. Radnóczi, G., Kovács, G. J., Sáfrán, G., Sedlácková, K., Geszti, O., Ujvári, T. & Bertóti, I. (2004). Structure and properties of carbon based nanocomposite films. In Metallic Materials with High Structural Efficiency (pp. 101-112). Dordrecht: Springer. doi: https://doi.org/10.1007/1-4020-2112-7_9 Received 31.01.2019 О.И. Наконечная, Н.Н. Белявина, Н.Н. Дашевский, А.Н. Курилюк, В.А. Макара Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко E-mail: les@univ.kiev.ua МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ КАРБИДА NiCx С ДЕФЕКТНОЙ СТРУКТУРОЙ ТИПА СФАЛЕРИТА Наноразмерный карбид NiCx (x 0,33) с дефектной кубической структурой типа сфалерита (а = 0,3549 нм) синтезирован методом механохимического сплавления смеси порошков никеля и многостенных углерод- ных нанотрубок в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице. Показано, что при механохими- ческой обработке шихты происходит разрушение нанотрубок и в результате диффузии атомы углерода частично заполняют тетраэдрические пустоты в кристаллической решетке никеля. Показано также, что на характер взаимодействия между исходными компонентами и, соответственно, на фазовый состав конеч- ного продукта синтеза существенно влияет аллотропическая форма углеродной компоненты шихты Ni—C (графит или углеродные нанотрубки). Ключевые слова: карбиды NiCx, кристаллическая структура типа сфалерита ZnS, механохимический синтез, рентгеновская порошковая дифрактометрия, твердый раствор. О.І. Nakonechna, N.N. Belyavina, M.M. Dashevskyi, A.M. Kuryliuk, V.A. Makara Taras Shevchenko National University of Kiev E-mail: les@univ.kiev.ua MECHANOCHEMICAL SYNTHESIS OF NICX CARBIDE WITH THE SPHALERITE-TYPE DEFECT STRUCTURE NiCx nano-sized carbide (x 0.33) with the sphalerite-type defect cubic structure (a = 0.3549 nm) is synthesized by the mechanochemical alloying of the mixture of a nickel powder and multiwalled carbon nanotubes in a high- energy planetary ball mill. It is shown that the destruction of nanotubes occurs at the mechanochemical process- ing of the charge, and the carbon atoms partially fill the tetrahedral voids in the nickel crystal lattice as a result of the diffusion. It is also shown that the allotropic form of the carbon component of the Ni—C charge (graphite or carbon nanotubes) significantly affects the nature of the interaction between the initial components and, con- sequently, the phase composition of the final synthesis product. Keywords: NiCx carbides, crystal structure of ZnS sphalerite-type; mechanochemical synthesis; X-rays powder diffraction; solid solution.

Механохімічний синтез карбіду NiCx з дефектною структурою типу сфалериту

Institution

Ähnliche Einträge