kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-1(21)-81kaz44-2301Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)CHEMICAL TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК НА СИНТЕЗ И СТРУКТУРУ MAX-ФАЗЫEFFECT OF NANOSIZED SILICON-CONTAINING ADDITIVES ON THE SYNTHESIS AND STRUCTURE OF MAX PHASEhttps://orcid.org/0009-0006-2883-261XМулдашД. Р.MuldashD. R.

Диас Рустемулы Мулдаш – научный сотрудник лаборатории инженерного профиля 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Dias Rustemuly Muldash - Researcher, Engineering Profile Laboratory 

050013, Almaty, Satpayev St., 22

muldashevdias@gmail.comКажмуратовА. Р.KazhmuratovA. R.

Айдын Рустемович Кажмуратов – научный сотрудник лаборатории инженерного профиля 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Aydyn Rustemovich Kazhmuratov – Researcher, Engineering Profile Laboratory 

050013, Almaty, Satpayev St., 22

kazak4458@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0007-5726-7899КулиЖ. Т.QulyZh. T.

Жансерик Тылеубердыулы Кули – научный сотрудник лаборатории инженерного профиля 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Zhanserik Tileuberdiuly Kuli – Researcher, Engineering Profile Laboratory 

050013, Almaty, Satpayev St., 22

kuliev.zhanserik@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6509-2087БайменовА. Ж.BaimenovA. Zh.

Альжан Жулдасович Байменов – PhD, Ассоциированный профессор, старший научный сотрудник лаборатории инженерного профиля 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Alzhan Zhuldasovich Baimenov – PhD, Associate Professor, Senior Researcher, Engineering Profile Laboratory 

050013, Almaty, Satpayev St., 22

a.baimenov@sci.kzhttps://orcid.org/0000-0002-3858-9477АзатС.AzatS.

Сейтхан Азат – PhD, профессор, руководитель лаборатории инженерного профиля 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Seytkhan Azat – Head of the Engineering Laboratory 

050013, Almaty, Satpayev St., 22

seytkhan.azat@gmail.comSatbayev UniversityКазахстанSatbayev UniversityKazakhstan20262505202611(21)767776Copyright © Мулдаш Д.Р., Кажмуратов А.Р., Кули Ж.Т., Байменов А.Ж., Азат С., 20262026Мулдаш Д.Р., Кажмуратов А.Р., Кули Ж.Т., Байменов А.Ж., Азат С.Muldash D.R., Kazhmuratov A.R., Quly Z.T., Baimenov A.Z., Azat S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/2301

В данной научной работе исследовано влияние наноразмерных добавок элементарного кремния (nSi) и диоксида кремния (SiO₂) на процессы твёрдофазного синтеза MAXфазы Ti₃AlC₂. Синтез осуществляли из порошковых смесей состава 2Ti/TiC/Al с введением 1 и 3 мас.% кремнийсодержащих добавок. Подготовка шихты включала механоактивацию в планетарной шаровой мельнице в течение 24 часов, обеспечивающую повышение реакционной способности исходных компонентов, после чего проводили реакционное спекание при температуре 1400°C в атмосфере аргона. Методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии установлено, что введение nSi и SiO₂ оказывает существенное влияние на фазовый состав, дефектность и морфологию синтезируемых материалов, а также на кинетику фазообразования. Показано, что добавка 1 мас.% nSi способствует формированию более однородной MAX-фазной структуры Ti₃AlC₂ и снижению доли остаточного TiC за счёт интенсификации диффузионных процессов. Введение SiO₂ приводит к формированию дефектной и пористой структуры с возможным участием оксидных компонентов, что может ограничивать полноту образования целевой фазы. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования кремнийсодержащих добавок для направленного управления структурой и свойствами материалов на основе MAX-фаз в процессе низкотемпературного твёрдофазного синтеза и оптимизации их эксплуатационных характеристик.

This study investigates the effect of nanoscale additives of elemental silicon (nSi) and silicon dioxide (SiO₂) on the solid-state synthesis of the MAX phase Ti₃AlC₂. The synthesis was carried out using powder mixtures with a composition of 2Ti/TiC/Al containing 1 and 3 wt.% silicon-containing additives. Powder preparation included mechanical activation in a planetary ball mill for 24 hours, which enhanced the reactivity of the initial components, followed by reactive sintering at 1400°C in an argon atmosphere. X-ray diffraction and scanning electron microscopy revealed that the addition of nSi and SiO₂ has a significant effect on the phase composition, defect structure, and morphology of the synthesized materials, as well as on the kinetics of phase formation. It was shown that the addition of 1 wt.% nSi promotes the formation of a more homogeneous MAX-phase Ti₃AlC₂ structure and reduces the amount of residual TiC due to intensified diffusion processes. The introduction of SiO₂ leads to the formation of a defective and porous structure with possible involvement of oxide components, which may limit the completeness of target phase formation. The obtained results demonstrate the prospects of using silicon-containing additives for targeted control of the structure and properties of MAX-phase-based materials during low-temperature solid-state synthesis and optimization of their performance characteristics.

MAX-фазаКремнийРисовая шелухаДиоксид кремнияMXeneMAX phasesiliconrice husksilicon dioxideMXeneДанное исследование финансировалось Комитетом науки, Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № BR24992873).ReferencesSmetkin A.A. Svojstva materialov na osnove MAX-faz (obzor) / A.A. Smetkin, YU.K. Majorova // Vestnik PNIPU. Mashinostroenie, materialovedenie. – 2015. – № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/svoystva-materialov-na-osnove-mah-faz-obzor (data obrashcheniya: 26.12.2025). (In Russian).Smetkin A.A. Svojstva materialov na osnove MAX-faz (obzor) / A.A. Smetkin, YU.K. Majorova // Vestnik PNIPU. Mashinostroenie, materialovedenie. – 2015. – № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/svoystva-materialov-na-osnove-mah-faz-obzor (data obrashcheniya: 26.12.2025). (In Russian).Sposoby sinteza MXenes iz MAX-faz: sravnitel'nyj obzor metodov travleniya i ih primeneniya / M. Әlіpұly i dr. // Gorenie i plazmohimiya. – 2025. – T. 23, № 3. – S. 253-271. https://doi.org/10.18321/cpc23(3)253-271.Sposoby sinteza MXenes iz MAX-faz: sravnitel'nyj obzor metodov travleniya i ih primeneniya / M. Әlіpұly i dr. // Gorenie i plazmohimiya. – 2025. – T. 23, № 3. – S. 253-271. https://doi.org/10.18321/cpc23(3)253-271.Phase stability, elastic, electronic, thermal and optical properties of Ti₃Al₁−xSiₓC₂ (0 ≤ x ≤ 1): First principle study / M.S. Ali et al // Physica B: Condensed Matter. – 2012. – Vol. 407, № 21. – P. 4221-4228. https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.07.007. (In Russian).Phase stability, elastic, electronic, thermal and optical properties of Ti₃Al₁−xSiₓC₂ (0 ≤ x ≤ 1): First principle study / M.S. Ali et al // Physica B: Condensed Matter. – 2012. – Vol. 407, № 21. – P. 4221-4228. https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.07.007. (In Russian).Formation mechanisms of Ti₃(Si,Al)C₂/Al₂O₃ composites from Ti₃AlC₂ and SiO via lowtemperature sintering / Z. Zhang et al // Journal of Advanced Ceramics. – 2022. – Vol. 12. – P. 93-110. https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220669.Formation mechanisms of Ti₃(Si,Al)C₂/Al₂O₃ composites from Ti₃AlC₂ and SiO via lowtemperature sintering / Z. Zhang et al // Journal of Advanced Ceramics. – 2022. – Vol. 12. – P. 93-110. https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220669.Si-substituted MAX phases and in-situ formation of Si-coated MXene composites via chlorosilane etching / X. Wang et al // arXiv. – 2025. – arXiv:2509.11380. https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.11380.Si-substituted MAX phases and in-situ formation of Si-coated MXene composites via chlorosilane etching / X. Wang et al // arXiv. – 2025. – arXiv:2509.11380. https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.11380.The synthesis of high purity Ti₃AlC₂ MAX phase via molten salt method / L. Feng et al // Advanced Powder Technology. – 2023. – Vol. 34, № 1. – Art. 103920. https://doi.org/10.1016/j.apt.2022.103920.The synthesis of high purity Ti₃AlC₂ MAX phase via molten salt method / L. Feng et al // Advanced Powder Technology. – 2023. – Vol. 34, № 1. – Art. 103920. https://doi.org/10.1016/j.apt.2022.103920.Thermochemistry and kinetics of silica dissolution in NaOH solutions: Effect of the alkali concentration / M. Fertani-Gmati et al // Thermochimica Acta. – 2014. – Vol. 594. – P. 58-67. https://doi.org/10.1016/j.tca.2014.09.003.Thermochemistry and kinetics of silica dissolution in NaOH solutions: Effect of the alkali concentration / M. Fertani-Gmati et al // Thermochimica Acta. – 2014. – Vol. 594. – P. 58-67. https://doi.org/10.1016/j.tca.2014.09.003.Sustainable production of pure silica from rice husk waste in Kazakhstan / S. Azat et al // Journal of Cleaner Production. – 2019. – Vol. 217. – P. 352-359. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.142.Sustainable production of pure silica from rice husk waste in Kazakhstan / S. Azat et al // Journal of Cleaner Production. – 2019. – Vol. 217. – P. 352-359. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.142.Sustainable biowaste-derived carbon aerogel/MXene composite for mercury removal from water / A. Nursharip et al // Materials Today Sustainability. – 2025. – Vol. 31. – Art. 101132. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2025.101132.Sustainable biowaste-derived carbon aerogel/MXene composite for mercury removal from water / A. Nursharip et al // Materials Today Sustainability. – 2025. – Vol. 31. – Art. 101132. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2025.101132.Silica extraction from rice husk: Comprehensive review and applications / P.U. Nzereogu et al // Hybrid Advances. – 2023. – Vol. 4. – Art. 100111. https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2023.100111.Silica extraction from rice husk: Comprehensive review and applications / P.U. Nzereogu et al // Hybrid Advances. – 2023. – Vol. 4. – Art. 100111. https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2023.100111.Efficient fabrication of nanoporous Si and Si/Ge enabled by a heat scavenger in magnesiothermic reactions / W. Luo et al // Scientific Reports. – 2013. – Vol. 3. – Art. 2222. https://doi.org/10.1038/srep02222.Efficient fabrication of nanoporous Si and Si/Ge enabled by a heat scavenger in magnesiothermic reactions / W. Luo et al // Scientific Reports. – 2013. – Vol. 3. – Art. 2222. https://doi.org/10.1038/srep02222.Entwistle J. A review of magnesiothermic reduction of silica to porous silicon for lithium-ion battery applications and beyond / J. Entwistle, A. Rennie, S. Patwardhan // Journal of Materials Chemistry A. – 2018. – Vol. 6, № 38. – P. 18344-18356. https://doi.org/10.1039/C8TA06370B.Entwistle J. A review of magnesiothermic reduction of silica to porous silicon for lithium-ion battery applications and beyond / J. Entwistle, A. Rennie, S. Patwardhan // Journal of Materials Chemistry A. – 2018. – Vol. 6, № 38. – P. 18344-18356. https://doi.org/10.1039/C8TA06370B.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.