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Study of the synthesis of MAX phase Ti3SiC2 powders by pressureless sintering

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2021-01
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MAX phases exhibit excellent combination of ceramic and metallic-like properties. In this work, MAX phase Ti3SiC2 powder was synthesized starting-off with different combinations of elemental powders and carbides. The powders used were Ti, Si, C, SiC and TiC in different combinations, molar ratios and powder size. Powders were heat treated on a vacuum furnace for different times and temperatures for in situ production of the Ti3SiC2 MAX phase. High purity synthesized samples were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) in order to identify and quantify the different phase constituents present. The main phase constituents in the powders produced were Ti3SiC2 and TiSi2. Up to 94% of Ti3SiC2 MAX phase was obtained using Ti:SiC:C as starting powders in a molar ratio of 3:1.5:0.5. Different phase constitution was observed on the surface and the centre of the samples. An optimal starting powder composition, molar ratio, heat treatment temperature and time is proposed for the formation of high purity Ti3SiC2 MAX phase. Selected mixture was studied thermodynamically and a reaction mechanism of formation of the MAX phase is proposed.
Las fases MAX presentan una excelente combinación de propiedades cerámicas y metálicas. En este trabajo se sintetizaron polvos de fase MAX Ti3SiC2 a partir de diferentes combinaciones de polvos elementales y carburos. Los polvos utilizados fueron Ti, Si, C, SiC y TiC en diferentes combinaciones, proporciones molares y tamaño de partícula. Los polvos se sinterizaron en un horno de vacío a diferentes tiempos y temperaturas para la producción in situ de la fase MAX Ti3SiC2. Las muestras sintetizadas de alta pureza se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM) para identificar y cuantificar las diferentes fases constituyentes presentes. Las principales fases constituyentes en los polvos producidos fueron de Ti3SiC2 y TiSi2. Se obtuvo hasta un 94% de fase MAX Ti3SiC2 utilizando como polvos de partida Ti:SiC:C en una proporción molar de 3:1,5:0,5. Se observó diferente formación de fase en la superficie y en el centro de las muestras. Finalmente, se propone una composición óptima de polvo de partida, relación molar, temperatura de sinterización y tiempo para la formación de la fase MAX de Ti3SiC2 de alta pureza. La mezcla seleccionada se estudió termodinámicamente y se propone un mecanismo de reacción para la formación de la fase MAX.
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Keywords
Max phase synthesis, Powder metallurgy, Ti3SiC2, Síntesis de fases MAX, Pulvimetalurgia
Bibliographic citation
Tabares, E., Jiménez-Morales, A. & Tsipas, S. A. (2021). Study of the synthesis of MAX phase Ti3SiC2 powders by pressureless sintering. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 60(1), pp. 41–52.