Послойный синтез объемных изделий из нитрида титана методом селективного лазерного спекания

Характеристика металлокерамики на основе нитрида титана

Разнообразие физико-химических свойств и возможных областей применения нитрида титана и изделий на его основе стимулируют интерес к исследованию методов получения и свойств этого материала. Металлокерамика на основе нитрида титана устойчива к химическим реагентам, выдерживает температуру до 3000 °C и обладает почти в два раза более высокой электропроводностью, чем титан. Среди областей применения нитрида титана — атомная техника (конструкционные и защитные материалы), ракетно-космическая техника (пористые защитные оболочки и другие детали ракет и спутников), нефтехимия (пористые фильтрующие элементы), радиоэлектроника, телевизионная аппаратура. Нитрид титана используется также в качестве нерастворимого анода при электролизе водных растворов.

Традиционными методами получения нитрида титана являются азотирование металлического титана или его гидрида, взаимодействие в газовой фазе TiCl₄ с аммиаком или смесями азота и водорода [7], разложение аминохлоридов титана и других подобных соединений, содержащих титан и азот, и восстановление TiO₂ углем или металлами в среде азота.

Одним из новых способов синтеза нитрида титана может стать селективное лазерное спекание (СЛС) [8]. Синтез нитрида титана из порошка титана в среде газообразного азота при воздействии лазерного излучения является разновидностью известной технологии химического осаждения из паровой фазы (или химического газофазного осаждения — ХГФО, Chemical Vapour Deposition — CVD). Существенным преимуществом СЛС является сокращение сроков проектирования и создания объемных изделий любой формы. В технологии быстрого прототипирования, к которой относится методом СЛС, синтез новых фаз за счет транспорта из газовой среды получил название Selective Area Laser Deposition Vapour Infiltration (SALDVI). С другой стороны, не менее интересна предложенная нами ранее методика получения методом СЛС материалов с заранее заданными свойствами, таких как функционально-градиентные материалы (ФГМ), и изделий на их основе [9]. Совмещение этих двух подходов (SALDVI и синтеза ФГМ) при СЛС представляется весьма перспективным.

Целью данной работы является разработка методики послойного синтеза нитрида титана и пористых объемных изделий на его основе методом СЛС, а также построение тепловой модели процесса, учитывающей кинетику химической реакции синтеза в газовой фазе, и исследования механических и физических свойств синтезируемых пористых объектов.