Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів

The phase composition of the samples gained at a high pressure from an intermixture of two compositions (cBN–ТіВ₂–Al and cBN–ZrN–Al) is explored at change of temperature (1300–2300 K) and durations (5–300 s) sintering. Properties of samples (density, hardness, electroresistance) in connection with m...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Гарбуз, Т.О., Кріштова, О.В., Беженар, М.П., Божко, С.А., Білявина, Н.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2007
Schriftenreihe:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Schlagworte:	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135431
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів / Т.О. Гарбуз, О.В. Кріштова, М.П. Беженар, С.А. Божко, Н.М. Білявина // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 320-327. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-135431
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1354312018-06-16T03:06:40Z Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів Гарбуз, Т.О. Кріштова, О.В. Беженар, М.П. Божко, С.А. Білявина, Н.М. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов The phase composition of the samples gained at a high pressure from an intermixture of two compositions (cBN–ТіВ₂–Al and cBN–ZrN–Al) is explored at change of temperature (1300–2300 K) and durations (5–300 s) sintering. Properties of samples (density, hardness, electroresistance) in connection with modes of a sintering are studied. 2007 Article Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів / Т.О. Гарбуз, О.В. Кріштова, М.П. Беженар, С.А. Божко, Н.М. Білявина // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 320-327. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 2223-3938 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135431 536.42: 661.657.5 uk Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
spellingShingle	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Гарбуз, Т.О. Кріштова, О.В. Беженар, М.П. Божко, С.А. Білявина, Н.М. Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description	The phase composition of the samples gained at a high pressure from an intermixture of two compositions (cBN–ТіВ₂–Al and cBN–ZrN–Al) is explored at change of temperature (1300–2300 K) and durations (5–300 s) sintering. Properties of samples (density, hardness, electroresistance) in connection with modes of a sintering are studied.
format	Article
author	Гарбуз, Т.О. Кріштова, О.В. Беженар, М.П. Божко, С.А. Білявина, Н.М.
author_facet	Гарбуз, Т.О. Кріштова, О.В. Беженар, М.П. Божко, С.А. Білявина, Н.М.
author_sort	Гарбуз, Т.О.
title	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів
title_short	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів
title_full	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів
title_fullStr	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів
title_full_unstemmed	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів
title_sort	фізико-хімічна взаємодія в системах cbn–тів₂–al, cbn–zrn–al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135431
citation_txt	Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів / Т.О. Гарбуз, О.В. Кріштова, М.П. Беженар, С.А. Божко, Н.М. Білявина // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 320-327. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv	AT garbuzto fízikohímíčnavzaêmodíâvsistemahcbntív2alcbnzrnalpídčasspíkannâpídvisokimtiskomívlastivostíoderžanihkompozitív AT kríštovaov fízikohímíčnavzaêmodíâvsistemahcbntív2alcbnzrnalpídčasspíkannâpídvisokimtiskomívlastivostíoderžanihkompozitív AT beženarmp fízikohímíčnavzaêmodíâvsistemahcbntív2alcbnzrnalpídčasspíkannâpídvisokimtiskomívlastivostíoderžanihkompozitív AT božkosa fízikohímíčnavzaêmodíâvsistemahcbntív2alcbnzrnalpídčasspíkannâpídvisokimtiskomívlastivostíoderžanihkompozitív AT bílâvinanm fízikohímíčnavzaêmodíâvsistemahcbntív2alcbnzrnalpídčasspíkannâpídvisokimtiskomívlastivostíoderžanihkompozitív
first_indexed	2025-07-09T23:17:20Z
last_indexed	2025-07-09T23:17:20Z
_version_	1837213200420962304
fulltext	РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 320 УДК 536.42: 661.657.5 Т. О. Гарбуз, асп.1; О. В. Кріштова, інж.1; М. П. Беженар, докт. техн. наук1; С. А. Божко, канд. техн. наук1; Н. М. Білявина, канд. фіз.-мат. наук2 1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. Н. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна 2Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, м. Київ, Україна ФІЗИКО-ХІМІЧНА ВЗАЄМОДІЯ В СИСТЕМАХ cBN–TiB2–Al, cBN–ZrN–Al ПІД ЧАС СПІКАННЯ ПІД ВИСОКИМ ТИСКОМ І ВЛАСТИВОСТІ ОДЕРЖАНИХ КОМПОЗИТІВ The phase composition of the samples gained at a high pressure from an intermixture of two compositions (cBN–ТіВ2–Al and cBN–ZrN–Al) is explored at change of temperature (1300–2300 K) and durations (5–300 s) sintering. Properties of samples (density, hardness, electroresistance) in connection with modes of a sintering are studied. Вступ В ІНМ НАН України створено науково-технологічні основи отримання надтвердих по- лікристалічних матеріалів кубічного нітриду бору, розроблені композити інструментального і конструкційного призначення, серед яких відомі в світі марки киборит-1, -2, -3, остання розро- бка – двошаровий електропровідний композит КНБ на твердосплавній підкладці для складно- профільного інструменту. Для отримання майже всіх згаданих матеріалів використовують спосіб двостадійного реакційного спікання з алюмінієм [1]. Параметри спікання киборитy-2 (сBN–Al) і кибориту-3 (сBN–ТіС–Al) нами детально досліджені, оптимізовані і адаптовані для апаратів високого тиску (АВТ) різного типу. Для отримання композитів КНБ інструментально- го призначення (PCBN) провідні світові фірми використовують в складі шихти з cBN метали Al, Со, а серед тугоплавких сполук практично обмежуються порошками ТіС, ТіN, TiCN [2]. Останнім часом наші дослідження спрямовані на отримання композитів КНБ, зміцнених боридами тугоплавких металів. Використання в складі шихти сBN–Al добавок ТіВ2 [3] і ZrN [4] показало, що вони впливають на реакційну взаємодію між сBN і Al, а також на функціональні властивості отриманих композитів. Присутність у шихті TiB2 – фази, ізоструктурної з AlB2, – сприяло зсуву реакційної взаємодії між cBN i Al вбік утворення дибориду замість вищих боридів алюмінію за рахунок епітаксіальної кристалізації зародків, що дає перспективу завершення реа- кційної взаємодії за нижчих р,Т-параметрів спікання. Присутність у шихті ZrN ініціювало реак- цію, яку можна уявити як наслідок одночасної взаємодії: Al+BN=AlN+B; Al+ZrN=AlN+Zr; Zr +2B=ZrB2; при цьому ZrB2 кристалізується з розплаву і за певних умов може забезпечити ефект дисперсійного зміцнення фази AlN. Подібний ефект ми спостерігали в процесі спікання кибориту-3, коли ТіС у складі шихти cBN–ТіС–Al брав участь у реакціях з утворенням ТіВ2 [5]. В [3, 4] ми варіювали в складі шихти (співвідношення cBN і тугоплавкої сполуки), а спікання всіх зразків виконували за одним режимом (7,7 ГПа, 2300 К). У цій роботі склад шихти був обмежений 10 % (за масою) ТіВ2 або 13 % (за масою) ZrN, варіювали температуру і тривалість процесу спікання. Метою роботи було вивчення кінетики реакційної взаємодії в системах cBN–ТіВ2–Al і cBN– ZrN–Al, її впливу на формування фазового складу і властивостей композитів для вибо-ру оптимальних режимів їх спікання. 321 Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ Методики дослідження У складі шихти використовували порошки кубічного нітриду бору марки КМ 14/10, алюмінію марки АП і тугоплавких сполук – дибориду титану [3], нітриду цирконію [4]. Спі- кання виконували в АВТ тороїд з робочим об’ємом 1 см3. Всі зразки просочували алюмінієм з шихти (р=2,5 ГПа, Т=1300 К, 20 с), далі спікали під тиском 7,7 ГПа протягом 60 с за темпе- ратур 1300, 1750, 2100 і 2300 К, а за Т=1750 К тривалість спікання становила від 5 до 300 с. В кожному варіанті експериментів отримували 3–6 зразків. Після спікання поверхню зразків піддавали механічній обробці, потрібній для структур- них і фізико-механічних досліджень. Фазовий склад визначали за методом рентгендифрактомет- ричного (XRD) аналізу з використанням автоматизованого дифрактометра ДРОН-3 і комплексу програм, укомплектованого базою даних дифрактограм еталонних сполук. Густину зразків ви- значали методом гідростатичного зважування в ацетоні з інструментальною похибкою 1,1 % та вимірюванням геометричних розмірів з інструментальною похибкою 0,7 %, середня статистична похибка вимірювань становила 0,3 %. Для розрахунку густини безпористих композитів викорис-товували баланс маси в реакціях і табличні дані (г/см3): 3,49 (cBN); 2,7 (Al); 3,12 (AlN); 4,53 (TiB2); 7,35 (ZrN); 6,09 (ZrB2). Твердість зразків вимірювали індентором Кнупа за навантаження 9,8 Н. Електричний опір вимірювали з використанням цифрового омметра Щ34, відносна ін-струментальна похибка в досліджуваному діапазоні вимірювань становила 5 %. Результати Фазовий склад зразків системи cBN–TiB2–Al. Еволюцію зміни фазового складу зразків показано на рис. 1, а. Вміст фаз в % () оцінювали за інтенсивністю відповідних відбиттів; тут і далі вміст cBN не показаний. Після просочення вміст фаз cBN, TiB2 і Al у зразках відповідав їх вмісту в шихті, а продукти реакційної взаємодії ідентифіковані не були. Деяке зростання періоду кри- сталічної ґратки алюмінію (рис. 1, б) можна пояснити утворенням на її основі твердого роз- чину (бору і/або титану). Після спікання за 7,7 ГПа і 1300 К протягом 60 с фазовий склад практично не змінився, проте період ґратки алюмінію продовжував зростати. Р під час Р ри 1750 розчин ток ТіВ Е кристал лося в з О процесс в талічно в кристал сочення н РАЗДЕ Рис. 1. Ево спікання в Реакційна 0 К. В резу на основі д В2 та AlB2 (т Еволюція п лізації бори зразках, що Окремо сл сі спікання в інтервалі ої ґратки пі в інтервалі лічній ґратц ям [10]; нарешті, в ЕЛ 2. СИНТЕ олюція фазо АВТ шихт взаємодія в льтаті взає дибориду т табл. 1) не періоду кр идних фаз о спікали за ід сказати я за умов ви і температу д час спіка і температ ці cBN при зв’язку з д ЕЗ, СПЕКАНИ ового склад ти cBN–10 в шихті по ємодії утвор титану ТіxA дозволяют ристалічної із розплав а 2100 і 230 про еволю исокого тис ур 2100–23 ання порош тур 1000–1 и реакційно дифузією ву ИЕ И СВОЙС 322 ду (а), пері % Al–10 % очиналася і рювалися н Al1-xВ2 [3] ( ть підтверд ї ґратки Al ву. Повне з 00 К. юцію періо ску ми спо 300 К у зв’я шків cBN бе 600 К в зв ому спіканн углецю в кр СТВА СВЕРХ іодів крист % TiB2. і майже ціл нітрид алю (близькі зн дити або сп l в процес завершення ду ґратки стерігали і язку з проц ез добавок в’язку з ут ні з Al, осо ристалічну ХТВЕРДЫХ М талічних ґр лком завер юмінію та, н начення пер простувати і спікання я реакційн cBN (рис. і раніше: цесами тер у шихті [9 творенням обливо в ре у ґратку cBN МАТЕРИАЛОВ раток Al (б шувалася з найвірогідн ріодів крис це припущ за 1750 К ої взаємод 1, в). Його рмічної дес ]; твердого р ежимі з поп N [11]. В б) і cBN (в) за темпера ніше, тверд сталічних ґр щення). К є наслідк дії спостері о зростання струкції кри розчину A переднім пр ) ту- дий ра- ком іга- я в ис- Al в ро- Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 323 У цій роботі максимальні значення періодів ґраток cBN і Al в перші секунди ізотермі- чного (1750 К) спікання можуть бути пов’язані з розчиненням титану в розплаві алюмінію і його переносом з розплавом та дифузією в кристалічну ґратку cBN. Це може спричиняти також можливість кристалізації з розплаву фази ТіхAl1-xB2. Таблиця 1. Періоди кристалічної ґратки фаз зі структурою типу AlB2 Фа- за Характеристика зразку a=b, нм c, нм c/a V, нм3 ∆V/V, % AlB2 – [6] 0,30050 0,32537 1,0828 0,02543 –1,17 AlB2 Al–cBN, 7,7 ГПа, 1750 К [7] 0,3016(3) 0,3268(2) 1,0835 0,02573(8) 0 ТіВ2 – [8] 0,3028 0,3228 1,066 0,02563 –0,39 ТіВ2 Вихідний порошок 0,30298(1) 0,32277(2) 1,065 0,02566(1) –0,27 ТіВ2 Ця робота 0,3031(1) 0,3231(1) 1,066 0,02571(3) –0,07 ZrB2 – [8] 0,3168 0,3528 1,114 0,03066 19,16 ZrB2 Ця робота 0,3162 (1) 0,3519 (1) 1,113 0,03047 18,42 * В дужках дисперсія значень в останній цифрі. Фазовий склад зразків системи cBN–ZrN–Al. Перш за все слід відзначити, що реакцій- на взаємодія в системі cBN–ZrN–Al починається дещо раніше, ніж у системі cBN–ТіВ2–Al, але пізніше, ніж у системі cBN–Al. Це підтверджує ідентифікація продуктів взаємодії і сту- пінь завершеності реакцій з алюмінієм у зразках після просочення (табл. 2). Таблиця 2. Реакційна взаємодія при спіканні композитів КНБ на стадії просочення алюмінієм (р=2,5 ГПа, Т=1300 К, 20 c) Шихта Вміст фаз, долі від максимального Література Al AlN ZrN ZrB2 cBN+10 % ТіВ2+10 % Al 1 0 – – Ця робота cBN+13 % ZrN+10 % Al 0,99 0,01 0,99 0,01 Ця робота cBN+10 % Al 0,5 0,5 – – [10] Тиск 7,7 ГПа активує утворення продуктів реакційної взаємодії в системі cBN–ZrN– Al, в першу чергу AlN, реакційна взаємодія з алюмінієм тут практично завершується за 60 с за температури 2100 К або за тривалого (180–300 с) ізотермічного спікання за 1750 К (рис. 2,а). Реакції з утворенням ZrB2 йдуть повільніше і не до кінця (рис. 2,б). Середнє значення періоду кристалічної ґратки сBN після спікання в шихті з ZrN за температур 1300–1700 К становило 0,36142 (3) нм. Воно зростало до 0,36150–0,36155 нм тільки після спікання за 2100–2300 К у зв’язку з температурною деструкцією ґратки. Середнє значення періоду кристалічної ґратки залишкового алюмінію в зразках становило 0,40539 (4) нм, тобто залишалося стабільно вищим ніж у вихідному порошку Al (0,40470 нм). Можна припустити, що механізм реакційної взаємодії в системі cBN–ZrN–Al включає дисоціацію cBN і ZrN, розчинення та дифузію цирконію і бору в розплаві Al з одночасною кристалізаці- єю ZrВ2 і AlN. Азот як продукт дисоціації cBN і ZrN взаємодіє з розплавом Al. Тому за одна- кового вмісту алюмінію в шихті в процесі його взаємодії з боридами та нітридом цирконію кількість AlN по завершенні спікання була більшою в зразках саме з ZrN (див. рис. 1,а і 2,а). На відміну від системи cBN–ТіВ2–Al, де високі значення періоду ґратки cBN (див. рис. 1,в) ми пов’язували з дифузією титану з розплаву, в системі cBN–ZrN–Al за таких самих р,Т-умов перенос цирконію до кристалічної ґратки cBN не відбувався. В цілому періоди ґратки cBN у зразках, отриманих у двох системах, істотно відрізнялися. Р ти cBN П значенн також, адсорбо оксиніт Ф ячейки стити у у систе П ХВ2, мо дибори Таблиц Зра ZrB 30 60 90 AlB РАЗДЕ Рис. 2. Про N–13 % ZrN Період кри ня (0,45714 що в полік ований в ш тридів цирк Фазу AlB2 фази ZrB2 утворення т мі cBN–ZrN Припускаю ожна оціни иду алюміні ця 3. Склад ГПа, азок 2 [8] 0 с 0 с 0 с B2 [7] ЕЛ 2. СИНТЕ одукти реа N–10 % Al исталічної 4(4) нм) зб кристалах Z шихті кисен конію. в цих експ в порівнян твердих роз N–Al. ючи лінійну ити склад ц ію (Al0,9В2) д фази Zr Т=1750 К а, нм 0,3168 0,3157(2) 0,31662(7) 0,31639(7) 0,3016(3) ЕЗ, СПЕКАНИ акційної вза ґратки ZrN бігалося з ZrN, отрим нь, період периментах нні з [8] (ди зчинів ZrХA у залежніст цієї фази в ) [6, 7] не в rХAl1-ХВ2 у с, н 0,35 0,351 ) 0,3521 ) 0,351 0,326 ИЕ И СВОЙС 324 аємодії – A N в усіх ек таким у ви маних за та ґратки зро х ідентифіко ив. табл. 1) Al1-ХВ2 під ть періодів синтезован враховувал у зразках нм х( 528 7(4) 0 16(6) 0 2(1) 0 68(2) СТВА СВЕРХ AlN (a) і ZrВ ксперимент ихідному п аких самих остав до 0, овано не бу ) був істотн час спікан в ґратки вз них зразках и). після різн (за а) х( 1 0,928 0 0,988 0 0,973 0 0 ХТВЕРДЫХ М В2 (б) під ч тах не змін порошку (0 р,Т-умов, ,45750 нм уло, натом но меншим ння за умов заємного тв х (табл. 3) ної тривал (за с) 1 0,958 0, 0,975 0, 0,938 0, 0 МАТЕРИАЛОВ час спіканн нювався, а 0,45715 нм але без Al, у зв’язку з ість об’єм м. Тому мож в високого т вердого роз (нестехіом лості спіка х Ф 1 ,943 Zr0 ,981 Zr0 ,956 Zr0 0 В ня в АВТ ш його серед м). Зазначи , який зв’яз з утворенн елементарн жливо прип тиску спла зчину ZrХA метрію скла ання за р= Формула ZrB2 0,94Al0,06В2 0,98Al0,02В2 0,96Al0,04В2 AlB2 их- днє имо зує ням ної пу- авів Al1- аду 7,7 Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 325 Властивості зразків системи cBN–TiB2–Al і cBN–ZrN–Al. У табл. 4 за даними довідни- ків наведені мікротвердість і питомий електричний опір окремих фаз, в табл. 5 і 6 – властивос- ті експериментальних зразків залежно від складу шихти, температури і тривалості спікання. Таблиця 4. Мікротвердість і питомий електричний опір деяких фаз [12] Фаза Al TiB2 ZrB2 ZrN AlB2 TiC cBN AlN ρ, 10-7 Ом·м 0,29 0,9 0,97 2,0 3–8 6,0 1013 1013 Hµ, ГПа – 33,7 22,5 16,7 9,6 31,7 42 12 Таблиця 5. Властивості зразків після спікання за р=7,7 ГПа, τ=60 с Температура, К Просочення 1300 1750 2100 2300 cBN–TiB2–Al ρ, г/см3 3,14 3,42 3,45 3,46 3,47 ρ, % 0,902 0,983 0,991 0,994 0,997 % Аl (мас) 5,5 4,1 1,4 0 0 ρ, Ом·м 3·10-4 7·10-4 2,3·10-3 8,0 75,0 НKN, ГПа 15±1,5 23±1 31±1 34±1,5 35±1,5 cBN–ZrN–Al ρ, г/см3 3,31 3,55 3,59 3,61 3,62 ρ, % 0,905 0,970 0,981 0,986 0,989 % Аl (мас) 5,3 4,5 2,2 0,4 0 ρ, Ом·м 4·10-4 1,1·10-3 7,1·10-3 0,9·105 1,6·105 НKN, ГПа 10,6±0,5 12,1±0,2 23,5±0,2 23,8±0,5 24,3±0,5 Таблиця 6. Властивості зразків після спікання за р=7,7 ГПа, Т=1750 К Тривалість, с 5 15 30 60 90 180 300 cBN–TiB2–Al ρ, % 0,983 0,986 0,989 0,991 0,994 0,994 0,999 % Аl (мас) 3,4 2,7 2,4 1,4 0,3 0,4 0,7 ρ, Ом·м 4·10-4 1,6·10-3 2,1·10-3 2,4·10-3 5·10-3 7·10-3 1,9·10-3 НKN, ГПа 24±1 27±1 29±1 31±1 33±1,5 33±1,5 32±1,5 cBN–ZrN–Al ρ, % 0,945 0,964 0,973 0,981 0,986 0,992 0,970 % Аl (мас) 5,0 4,9 4,8 2,2 2,1 0 0 ρ, Ом·м 5·10-4 1,6·10-3 1,7·10-3 7,1·10-3 1,3·10-1 2,1·103 5·102 НKN, ГПа 12±1 12±0,4 15,9±1 23,5 ±0,5 25±1 23±0,5 21±0,5 У зразках із шихти cBN–TiB2–Al максимальних значень твердості 34–35 ГПа досягали за температури спікання 2100–2300 К. Тривале спікання за Т=1750 К дозволяло отримати дещо нижчі значення (33 ГПа) за майже однакової відносної густини зразків 0,994–0,997. Цьому могли сприяти сліди Al у структурі. За незначної різниці в твердості важливою пере- вагою режиму спікання за Т=1750 К стає невисокий електричний опір зразків (5–7)·10-3 Ом·м. За порядком величини це наближається до рівня електропровідного композита кубічного нітриду бору системи сBN–TiC–Al (∼10-4 Ом·м) за твердості останнього HKN=25 ГПа [12]. У зразках із шихти cBN–ZrN–Al твердості 24 ГПа і електричного опору ∼10-3 Ом·м до- сягали спіканням за 1750 К тривалістю 60 с. Подальше спікання за 1750 К призводило до не- стабільності електричного опору в зразках, а з підвищенням температури спікання до 2100– 2300 К він зростав на декілька порядків. Твердість у цьому разі зберігала досягнуті значення. РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 326 Електропровідність композитів кубічного нітриду бору є важливою характеристикою, певний її рівень дозволяє під час виготовлення інструменту застосовувати методи електроіс- крового різання, менш затратні в порівнянні з алмазним різанням. Отримані результати до- водять перспективність використання добавок ТіВ2 і ZrN у шихті в процесі реакційного спі- кання cBN з Al. Висновки 1. Фізико-хімічна взаємодія під час спікання в АВТ шихти cBN–10 % TiB2–10 % Al починалася і завершувалася за р=7,7 ГПа, Т=1750 К з утворенням нітриду алюмінію та ди- боридів титану і алюмінію, найвірогідніше, складу ТіxAl1-xВ2. Фізико-хімічна взаємодія в шихті cBN – 13 % ZrN – 10 % Al починалася раніше, як і в шихті cBN–10 % Al, на стадії про- сочення за р=2,5 ГПа, Т=1300 К. Але на відміну від систем cBN–Al і cBN–TiB2–Al, де утво- рення нітриду алюмінію передувало кристалізації з розплаву боридних фаз, в системі cBN– ZrN–Al утворення фаз AlN і ZrxAl1-xВ2 відбувалося синхронно, а по завершенні спікання за р=7,7 ГПа, Т=1750 К кількість AlN була більшою саме в зразках цієї системи. 2. Після спікання за p=7,7 ГПа, Т=1750 К протягом 60–90 с у зразках залишався Al (0,3–2,0 %). За його участю разом з електропровідними тугоплавкими сполуками утворюва- лася структура, що забезпечувала питомий електричний опір ∼10-3 Ом·м і твердість 33 та 24 ГПа в системах cBN–TiB2–Al і cBN–ZrN–Al відповідно. Література 1. Патент25281, Україна, МКИ С04В35/5831. Спосіб спікання композиційного матеріалу на основі кубічного нітриду бору / М. В. Новіков, О. О. Шульженко, М. П. Беженар, С. А. Божко. – Заявл. 21.07.97, Опубл. 25.12.98, Бюл. № 6. 2. Беженар М. П., Лошак М. Г., Шульженко О. О., Александрова Л. І., Божко С. А., Білявина Н. М., Заіка М. І. Фізико-механічні властивості та структура полікристалічних матеріалів, отриманих з порошків cBN різної дисперсності // Породоразрушающий и металлообраба- тывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения / Сб. на- учн. тр. – Вып. 9. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2006. – С. 168–174. 3. Гарбуз Т. О., Беженар Н. П., Божко С. А., Білявина Н. М. Спікання при високому тиску порошків cBN з добавками ТіВ2 і Al та властивості одержаних полікристалів // Породораз- рушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовле- ния и применения / Сб. научн. тр. – Вып. 9. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2006. – С. 271–277. 4. Кріштова О. В., Беженар Н. П., Божко С. А., Білявина Н. М. Структура та властивості по- лікристалів, одержаних при спіканні порошків cBN з добавками ZrN і Al в умовах висо- кого тиску // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения / Сб. научн. тр. – Вып. 9. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2006. – С. 263–270. 5. Шульженко А. А., Беженар М. П., Божко С. А., Боримский А. И., Нагорный П. А., Ваще- нко А. Н. Новый композит КНБ для использования в сложнопрофильном лезвийном инс- трументе // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и те- хнология его изготовления и применения / Сб. научн. тр. – Вып. 7. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2004. – С. 173–176. 6. Burkhard U., Gurin V., Haarmann F., Borrmann H., Schelle W., Yaresko A., Grin Yu. On the electronic and structural properties of aluminium diboride Al0.9B2//Solid State Chemistry. – 2004. –177. P. –389 –394. 7. Беженар Н. П., Божко С. А., Белявина Н. Н., Маркив В. Я., Шульженко А. А. Кристалли- ческая структура диборида алюминия в композитах КНБ, полученных реакционным спе- канием при высоких давлениях // Доповіді НАН України. – 2007.– № 9. – С. 112–118. 8. Серебрякова Т. И., Неронов В. А., Пешев П. Д. Высокотемпературные бориды. – М.: Ме- таллургия, 1991. – 368 с. Выпу 9. Беж крис риал 10. Нов го н Доп 11. Беж бічн № 4 12. Беж сопр нием уск 10. ПОРО женар Н. П сталлическ лы. – 1999. віков М. В. нітриду бор повіді НАН женар М. П ного нітрид 4. – С. 36–4 женар Н. П ротивление м при высо ОДОРАЗРУШ И ТЕХН П., Божко С кой структу . – № 4. – С , Беженар М ру при спік Н України. – П., Божко С ду бору з ал 40. П., Божко С е композит оком давле ШАЮЩИЙ И НОЛОГИЯ ЕГ С. А., Беляв уры сфалер С. 15–25. М. П., Бож канні комп – 1997. – № С. А., Нагор люмінієм в С. А., Рома тов системы ении // Свер И МЕТАЛООБ ГО ИЗГОТОВ 327 вина Н. Н. ритного ни жко С. А. Ев озитів BNс № 6. – С. 11 рний П. А., в присутно анко Л. А., ы сBN–Al– рхтв. матер БРАБАТЫВАЮ ВЛЕНИЯ И П ., Маркив итрида бор волюція кр сф–AlN і BN 8–122. , Білявина ості вуглецю Белявина –TiC (TiN), риалы. – 20 ЮЩИЙ ИНС ПРИМЕНЕНИ В. Я. Пери ра. Сообще ристалічної Nсф–TiC та Н. М., Мар ю // Сверхт Н. Н. Твер , полученны 006. – № 3. СТРУМЕНТ – НИЯ иод решетк ение 1 // С ї структури а її вплив н рків В. Я. В тв. материа рдость и э ых реакцио –С. 34–43. Поступ – ТЕХНИКА ки и дефек верхтв. ма и сфалеритн на твердість Взаємодія к алы. – 2000 лектрическ онным спе пила 12.07. кты ате- но- ь // ку- 0. – кое ка- 07.

Фізико-хімічна взаємодія в системах cBN–ТіВ₂–Al, cBN–ZrN–Al під час спікання під високим тиском і властивості одержаних композитів

Institution

Ähnliche Einträge