Визначення фізико-хімічних закономірностей формування паяних з᾿єднань вольфраму та вуглець-вуглецевого композитного матеріалу

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.359357

Ключові слова:

вуглець-вуглецевий композитний матеріал, паяння у вакуумі, вольфрам, фазоутворення, катод

Анотація

Об’єктом дослідження є експериментально отримані паяні з'єднання вуглець-вуглецевого композитного матеріалу (ВВКМ) та вольфраму у вакуумі.

Проблема, що вирішується, полягає в одержанні високотемпературних паяних з'єднань, працездатних за температур 1400–1600℃ у вакуумі в умовах високих термоциклічних навантажень. Існуючі методи з'єднання ВВКМ з вольфрамом вказують на практично відсутній досвід паяння таких матеріалів, особливо для конструкцій термоемісійного обладнання.

У роботі застосовано метод створення зони металізованого шару з частковим плавленням із застосуванням суміші порошків Ti-Nb-Zr на внутрішній поверхні зразку ВВКМ. Після цього зразки ВВКМ та вольфраму паялись припоєм системи Ti-Nb за температури 1840℃ у вакуумі.

Отримані результати дослідження мікроструктури дозволили визначити, що паяне з'єднання характеризується зональним типом утворення. Зона I – реакційний карбідний шар (ширина 10–12 мкм), зона II – дифузійний шар (ширина до 70 мкм), зона III – реакційний шар прилеглий до вольфраму (ширина до 30 мкм). Результат моделювання фазоутворення, проведеного за температури 1840℃, вказує на переважне утворення: TiC, NbC, Nb6C5, Nb2C. Також, визначено розподіл С, Ti, Nb, W у паяному з'єднанні. Результати дослідження мікротвердості дозволили підтвердити коректність проведеного моделювання та визначити, що показники мікротвердості знижуються від зони I (2300 НV) до зони III (500–600 НV).

Запропоновані рішення доводять, що зона металізованого шару сприяє утриманню припою в зазорі шву, зменшує термомеханічні навантаження, сприяє утворенню поступового градієнту мікротвердості. Сукупність цих характеристик покращує пластичні властивості паяного з’єднання.

Отримані результати дослідження можуть застосовуватись у сфері приладобудування, а саме в деталях катодів, емітер яких виготовлений із ультра дисперсних порошків боридів рідкоземельних матеріалів або їх сплавів

Біографії авторів

Роман Максимович Губа, Український державний університет науки і технологій

Aспірант

Кафедра теоретичних основ металургійних процесів

Людмила Володимирівна Камкіна, Український державний університет науки і технологій

Доктор технічних наук, професор, декан

Кафедра теоретичних основ металургійних процесів

Сергій Ігорович Буштрук, Український державний університет науки і технологій

Aспірант

Кафедра матеріалознавства та термічної обробки металів

Андрій Олександрович Троян, ТОВ «ФЛАЙТ КОНТРОЛ»

Керівник відділу ЕРРУ

Сергій Юрійович Асмоловський, ТОВ «ФЛАЙТ КОНТРОЛ»

Інженер-конструктор

Сергій Юрійович Ославський, ТОВ «ФЛАЙТ КОНТРОЛ»

Інженер-конструктор

Посилання

  1. Hurin, I., Nevlyudov, I., Ovcharenko, V., Tokarieva, O. (2023). Current leads for resistive CCCM heaters. Integrated Technologies and Energy Saving, 4, 49–57. https://doi.org/10.20998/2078-5364.2023.4.05
  2. Qin, Y., Feng, J. (2007). Microstructure and mechanical properties of C/C composite/TC4 joint using AgCuTi filler metal. Materials Science and Engineering: A, 454-455, 322–327. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.11.056
  3. Wang, Z. Y., Li, M. N., Ba, J., Ma, Q., Fan, Z. Q., Lin, J. H. et al. (2018). In-Situ synthesized TiC nano-flakes reinforced C/C composite-Nb brazed joint. Journal of the European Ceramic Society, 38 (4), 1059–1068. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.11.059
  4. Prykhodko, V. E., Kulyk, A. V. (2001). Analysis of physicochemical processes of graphite with metals juncture in a fluid phase. Space Science and Technology, 7 (1s), 153–157. https://doi.org/10.15407/knit2001.01s.153
  5. Wen, Z., Lin, H., Chen, W., Bai, K., Zhang, L. (2023). High-throughput exploration of composition-dependent elasto-plastic and diffusion properties of refractory multi-element Ti-Nb-Zr-W alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 33 (9), 2646–2659. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(23)66287-9
  6. Oryshych, D. V., Ivasishin, O. M., Markovsky, P. E., Savvakin, D. G., Stasiuk, O. O., Bondarchuk, V. I. (2020). Peculiarities of Pore Structure Formation upon Zr–Ti–Nb Alloys Synthesis Using Hydrogenated Powder Blends. METALLOFIZIKA I NOVEISHIE TEKHNOLOGII, 42 (12), 1681–1700. https://doi.org/10.15407/mfint.42.12.1681
  7. Li, S., Du, D., Zhang, L., Song, X., Zheng, Y., Huang, G., Long, W. (2021). A review on filler materials for brazing of carbon-carbon composites. Reviews on Advanced Materials Science, 60 (1), 92–111. https://doi.org/10.1515/rams-2021-0007
  8. Pat. No. FR1254315A. Process for producing an assembly of titanium and graphite. declareted: 15.04.1960; published: 17.02.1961. Available at: https://patents.google.com/patent/FR1254315A/en?oq=1254315+FR
  9. Donnelly, R. G., Gillil, R. G., Slaughter, G. M. (1960). Pat. No. 3079251 US. Brazing alloys. declareted: 25.07.1960; published: 25.02.1963. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/c3/67/cf/37b8b5281f7771/US3079251.pdf
  10. Wang, C., Yang, Y., Zeng, G., Zhou, X., Huang, H., Feng, S. (2023). Carbon–Carbon Composite Metallic Alloy Joints and Corresponding Nanoscale Interfaces, a Short Review: Challenges, Strategies, and Prospects. Crystals, 13 (10), 1444. https://doi.org/10.3390/cryst13101444
  11. Elrefaey, A., Tillmann, W. (2009). Effect of brazing parameters on microstructure and mechanical properties of titanium joints. Journal of Materials Processing Technology, 209 (10), 4842–4849. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.01.006
  12. Qin, Y., Feng, J. (2009). Active brazing carbon/carbon composite to TC4 with Cu and Mo composite interlayers. Materials Science and Engineering: A, 525 (1-2), 181–185. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.06.049
  13. Cao, J., He, Z., Qi, J., Wang, H., Feng, J. (2018). Brazing of C/C Composite to TiAl Alloy Using (Ti/Ni/Cu)f Multi-foil Filler. Journal of Mechanical Engineering, 54 (1), 108. https://doi.org/10.3901/jme.2018.09.108
  14. Shi, X., Jin, X., Yan, N., Yang, L. (2017). Influence of micro-oxidation on joints of C/C composites and GH3044 for large-size aerospace parts. Acta Astronautica, 140, 478–484. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.09.015
  15. Wang, Y., Wang, W., Huang, J., Yu, R., Yang, J., Chen, S. (2019). Reactive composite brazing of C/C composite and GH3044 with Ag–Ti mixed powder filler material. Materials Science and Engineering: A, 759, 303–312. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.05.065
  16. Wang, Y., Wang, W., Huang, J., Zhou, S., Yang, J., Chen, S. (2021). Composite brazing of C/C composite and Ni-based superalloy using (Ag-10Ti)+TiC filler material. Journal of Materials Processing Technology, 288, 116886. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116886
  17. Gribanov, Yu. A., Gurin, I. V., Gujda, V. V., Bukolov, A. N., Kolosenko, V. V. (2020). Investigation on corrosion properties of carbon-carbon composites. Problems of Atomic Science and Technology, 1 (125), 154–160. https://doi.org/10.46813/2020-125-154
  18. Peng, Y., Huang, G., Long, L., Zhou, P., Du, Y., Long, J. et al. (2020). A thermodynamic description of the C–Nb–Ti system over the whole composition and temperature ranges and its application in solidification microstructure analysis. Calphad, 70, 101769. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2020.101769
  19. Zeng, Y., Zhou, P., Du, Y. (2018). Thermodynamic assessment of the C–Zr–Nb ternary system. Calphad, 61, 98–104. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2018.02.009
  20. Haldar, B., Bandyopadhyay, D., Sharma, R. C., Chakraborti, N. (1999). The Ti-W-C (Titanium-Tungsten-Carbon) System. Journal of Phase Equilibria, 20 (3), 337–343. https://doi.org/10.1361/105497199770335866
  21. Rudy, E. (1969). Ternary Phase Equilibria in Transition Metal-Boron-Silicon Systems. Part II, Ternary Systems Volume XVIII. Constitution of Niobium-Tungsten- Carbon Alloys, Mater. Res. Lab., Aerojet-Gen. Corp., Sacramento, CA, USA. Available at: https://apps.dtic.mil/sti/trecms/pdf/AD0685186.pdf
  22. Roine, A. (2006). HSC Chemistry 6.0 User's Guide. Volume 1 / 2 Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database and Flowsheet Simulation, 06120-ORC-T. Outokumpu Research Oy Information Service.
  23. Tashiro, M., Kasahara, A. (1994). Pat. No. 5904287A US. Method of bonding graphite to metal. declareted: 29.07.1994; published: 18.05.1999. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/7d/a4/77/0ef368f2050bad/US5904287.pdf
  24. Shatynski, S. R. (1979). The thermochemistry of transition metal carbides. Oxidation of Metals, 13 (2), 105–118. https://doi.org/10.1007/bf00611975
Визначення фізико-хімічних закономірностей формування паяних з᾿єднань вольфраму та вуглець-вуглецевого композитного матеріалу

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Губа, Р. М., Камкіна, Л. В., Буштрук, С. І., Троян, А. О., Асмоловський, С. Ю., & Ославський, С. Ю. (2026). Визначення фізико-хімічних закономірностей формування паяних з᾿єднань вольфраму та вуглець-вуглецевого композитного матеріалу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(12 (140), 18–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.359357

Номер

Том 2 № 12 (140) (2026): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Roman Huba, Liudmyla Kamkina, Serhii Bushtruk, Andrii Troian, Serhii Asmolovskyi, Serhii Oslavskyi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.