การศึกษาการสังเคราะห์สารประกอบในกลุ่ม ไทเทเนียม-ซิลิคอน และไทเทเนียม-ซิลิคอน-คาร์บอน โดยวิธีการโลหวิทยาผง

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการเตรียมสารประกอบไทเทเนียมซิลิไซด์ (Ti₅Si₃ ) จากผงไทเทเนียมและผงซิลิคอน และสารประกอบไทเทเนียมซิลิคอนคาร์ไบด์ (Ti₃ SiC₂) จากผงไทเทเนียม ผงซิลิคอนและผงคาร์บอน โดยการเผาผนึก เพื่อศึกษาผลของสัดส่วนสารตั้งต้น อุณหภูมิ วิธีการขึ้นรูป และ ปริมาณคาร์บอน ต่อการเกิดสารประกอบ โดยทำการเตรียมสารประกอบไทเทเนียมซิลิไซด์ ที่ใช้ผงไทเทเนียมและซิลิคอน ในสัดส่วนร้อยละของอะตอมเท่ากับ 50:50, 55:45, 60:40, 65:35 และ 70:30 และขึ้นรูปโดยใช้การอัดขึ้นรูปแบบให้แรงทิศทางเดียวด้วยแรงอัด 64 MPa ทำการเผาผนึกแบบไม่ใช้ความดันที่ อุณหภูมิระหว่าง 1100-1600 °C พบว่าที่สูตรส่วนผสมจากไทเทเนียมและซิลิคอน 60:40 หลังการเผาผนึกที่ อุณหภูมิ 1100-1500 °C เกิดสารประกอบไทเทเนียมซิลิไซด์ เพียงอย่างเดียว และเมื่ออุณหภูมิเผาสูงขึ้นเป็น 1600 °C พบว่าเกิดสารประกอบไทเทเนียมซิลิไซด์และ ไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) สูตรที่มีส่วนผสม 70:30 หลังการเผาผนึกพบสารประกอบ Ti₃ SiC₂ เกิดร่วมกับ Ti5Si₃ และ TiC สำหรับการเตรียมสารประกอบไทเทเนียมซิลิคอนคาร์ไบด์จากผงไทเทเนียม ผงซิลิคอน และผงคาร์บอน เมื่อทำการเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1200°C,1400°C,1600°C สูตรที่มีผงคาร์บอน 33.3 at% ผงไทเทเนียม 50 at% และ ผงซิลิคอน 16.67 at% (3Ti-Si-2C) เกิดสารประกอบ Ti₃ SiC₂ มากที่สุด โดยทุกอุณหภูมิเกิด TiC ร่วมด้วย และเมื่ออุณหภูมิเผาสูงขึ้นพบว่า TiC เกิดมากขึ้นตามลำดับ ที่อุณหภูมิ 1600°C เกิดสารประกอบ Ti₃ SiC₂ และ TiC ในปริมาณใกล้เคียงกัน นอกจากนี้ยังพบว่ากรณีการเตรียมสารประกอบ Ti5Si₃ จากสารตั้งต้น 2 องค์ประกอบโดยเพิ่มแรงอัดขึ้นรูปก่อนการเผาผนึกโดยวิธี Cold isostatic press (CIP) ด้วยความดัน 200 MPa และโดยวิธี Hot forging ด้วยความดัน 648 MPa ไม่ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของชิ้นงานหลังเผามากนัก ในขณะที่การเผาผนึกแบบให้ความดันขณะเผา (Hot press) 24.24 MPa ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของชิ้นงานได้มากถึง 93% และ 99% สำหรับการเตรียมสารประกอบ Ti₅Si₃ และ Ti₃ SiC₂ ตามลำดับ