ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК НА СИНТЕЗ И СТРУКТУРУ MAX-ФАЗЫ

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.

1. 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).

2. 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.

3. 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).

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.