Page 9 - Zmist-n2-2015

сидної плівки Cr 2O 3 шпінель типу (MnCr) 2O 4 [7], а також наносять на поверхню
інтерконекта, яка контактує з катодом і перебуває в окиснювальному середовищі,
електропровідні покриви. Найпоширеніші – покриви на основі оксидів рідкіснозе-
мельних елементів типу La 2O 3, Nd 2O 3 і Y 2O 3 [5, 8], перовскитів типу LaMnCoO 3,
LaSrCoO 3, LaSrMnCoO 3, YСoMnO 3 [9], шпінелі типу MnCr 2O 4, MnCo 2O 4, CoCr 2O 4,
NiCr 2O 4 [8], а також комплексні покриви [10]. Ще одним їх недоліком з точки зо-
ру аерокосмічного і автомобілебудівного використання, є висока густина, що зу-
мовлює значну масу ТОПК.

Рис. 1. Схематичне зображення
елементів ТОПК:
1 – інтерконект; 2 – катод;
3 – електроліт; 4 – анод;
5 – анод-підкладка.
Fig. 1. Schematic view of solid-oxide fuel
cells (SOFC) units:
1 – interconnect; 2 – cathode;
3 – electrolyte; 4 – anode; 5 – anode-support.
Крім вказаних, сьогодні як перспективний для виготовлення інтерконектів
розглядають новий клас матеріалів на основі МАХ-фаз [11–16] – складних кар-
бідних та нітридних сполук перехідних металів, які описують загальною форму-
лою M n+1AХ n, де n = 1÷3, М – перехідні метали; А – елементи А-груп (переважно
ІІІА та IVА) та Х – вуглець або азот. Їм властиві високі електро- та теплопровід-
ність, близький до керамік коефіцієнт термічного розширення, підвищена жорст-
кість у поєднанні з низькою густиною і краща тривкість до пошкодженості, які
зберігаються за високих температур, а також високі термотривкість та стійкість
до окиснення [12–16]. Однак поведінка матеріалів на основі МАХ-фази у техно-
логічних середовищах ТОПК вивчена недостатньо.
Мета роботи – дослідити вплив технологічних середовищ ТОПК на механіч-
ні і фізичні властивості матеріалів на основі МАХ-фази порівняно з відомими
феритними сталями.
Матеріали і методика випробувань. Використовували сплав Crofer JDA,
який містить (wt.%) 0,005 C; 22 Cr; 0,5 Mn; 0,1 Si; 0,08 Ті; 0,1 Al; решта – Fe,
виготовлений у Дослідному Центрі Юліха FZJ (Forschungszentrum Jülich) у Ні-
меччині, а також матеріали на основі МАХ-фази Ti 3AlC 2 [16], виготовлені в Інс-
титуті надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України.
Структурний аналіз виявив, що сплав Crofer JDA складається з феритних
зерен розміром 50…200 µm і дисперсних включень карбонітриду титану (рис.2а).
Матеріал на основі фази Ti 3AlC 2, отриманий спіканням суміші порошків TiC,
TiH 2 і Al у вакуумі (варіант № 1), містить 95 wt.% Ti 3AlC 2 і 5 wt.% TiC (рис. 2e).
Він має порувату будову (поруватість 22%) [14], де переважають зерна фази
Ti 3AlC 2 (рис. 2b, e). Після гарячого пресування (варіант № 2) зерна істотно подріб-
нилися і зменшилися розміри пор (рис. 2c). Поруватість знизилась до 1%, а фазо-
вий склад став таким (wt.%): 89 Ti 3AlC 2; 6 TiC; 5 Al 2O 3. Додаткове легування ніо-
бієм (3,5 wt.%) (варіант № 3) сприяє ще більшому подрібненню структурних
елементів і зменшенню розмірів пор (рис. 2d). Фазовий склад цього матеріалу та-
кий (wt.%): 56 Ti 3AlC 2; 41 TiC; 2,6 Al 2O 3. Локальний спектральний аналіз засвід-
чив, що ніобій рівномірно розподілений в об’ємі матеріалу і в рівній кількості
присутній у всіх його фазах.
Під час дослідження міцності матеріалів використовували гладкі призматич-
ні зразки розмірами 2,5´5´40 mm, які навантажували за схемою триточкового

8