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Interdiffusion Paths in the Diffusion Couple Ti–SiC

  • Edwin Zimmermann , Reinhard Weiß , Mirjam Witthaut and Dieter Neuschütz
Published/Copyright: January 3, 2022
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International Journal of Materials Research
From the journal International Journal of Materials Research Volume 89 Issue 10

Abstract

Thermochemical calculations and considerations have been applied to describe the interdiffusion and formation of interface phases in the diffusion couple Ti–SiC for the case of a thin Ti layer on a SiC substrate. With the aid of activity diagrams and relevant thermochemical calculations possible diffusion paths are discussed and their progress simulated. It is shown that the emergence and disappearance of TiC1-x during interdiffusion can be interpreted thermochemically. TiC1-x and Ti5Si3Cx appear as initial phases to be joined later by Ti3SiC2. Then TiCn1-x and Ti5Si3Cx disappear and TiSi2 emerges. The final decomposition of TiSi2 and Ti3SiC2 can either take place with excess carbon available from the substrate or the gas phase or by simultaneously abstracting silicon from the system. In both cases TiSi2 decomposes first, followed by Ti3SiC2. Besides SiC, only (Ti, Si)C1-x is then left as a stable compound.

Abstract

Zur Beschreibung der Interdiffusion und Interface-Phasen-bildung im Diffusionspaar Ti-Schicht/SiC-Substrat wurden thermochemische Rechnungen und Betrachtungen durchgeführt. Anhand von Aktivitätsdiagrammen werden mögliche Diffusionswege diskutiert und durch geeignete thermochemische Rechnungen ein Reaktionsablauf simuliert. Es wird gezeigt, daß das Auftauchen und Verschwinden von TiC1-x bei der Interdiffusion thermochemisch nachvollzogen werden kann. Als erste Phasen treten TiC1-x und Ti5Si3Cx auf, später kommt Ti3SiC2 hinzu, TiC1-x und Ti5Si3Cx verschwinden und TiSi2 taucht auf. Die Zersetzung von TiSi2 und Ti3SiC2 erfolgt entweder durch Zufuhr von Kohlenstoff, der als Verunreinigung in der Gasphase oder im Substrat vorhanden sein kann, oder durch Entzug von Silizium. In beiden Fällen zerfällt zuerst TiSi2 und anschließend Ti3SiC2. Die Schicht auf dem SiC-Substrat besteht dann aus der stabilen Phase (Ti, Si)C1-x.

E. Zimmermann, M. Witthaut, D. Neuschütz Lehrstuhl für Theoretische Hüttenkunde Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen D-52056 Aachen Germany
R. Weiß now with: Mannesmann Service GmbH Mannesmann Forschungsinstitut Ehingerstr. 200 D-47259 Duisburg Germany

  1. Financial support by Deutsche Forschungsgemeinschaft (SPP „Höchsttemperaturbeständige Leichtbauwerkstoffe, insbesondere keramische Verbundwerkstoffe“) is gratefully acknowledged.

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Received: 1998-03-04
Published Online: 2022-01-03

© 1998 Carl Hanser Verlag, München

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