Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу

Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу

В умовах високих р,Т-параметрів (7,7 ГПа та 1950 C) у результаті рідкофазного спікання в системах Салм–(Ti₄WC₅)—Si, Салм–(Nb—Cr—C)—Si, Салм–(Ta—Cr—C)—Si, Салм–(V—Cr—C)—Si отримано над тверді композиційні матеріали на основі алмазу, визначено їх фазовий склад та деякі фізичні характеристики. У прото...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2019
Автори: Стратійчук, Д.А., Туркевич, В.З.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2019
Назва видання:Доповіді НАН України
Теми:
Матеріалознавство
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162689
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу / Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 12. — С. 57-64. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-162689
record_format dspace
spelling irk-123456789-1626892020-01-15T01:26:26Z Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу Стратійчук, Д.А. Туркевич, В.З. Матеріалознавство В умовах високих р,Т-параметрів (7,7 ГПа та 1950 C) у результаті рідкофазного спікання в системах Салм–(Ti₄WC₅)—Si, Салм–(Nb—Cr—C)—Si, Салм–(Ta—Cr—C)—Si, Салм–(V—Cr—C)—Si отримано над тверді композиційні матеріали на основі алмазу, визначено їх фазовий склад та деякі фізичні характеристики. У проточному струмені сухого повітря в температурному інтервалі 400—1200 °C методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу досліджено процеси окиснення отриманих алмазовмісних композитів і визначено їх термостійкість. Показано, що всі отримані матеріали починають окиснюватися на повітрі при температурі 850—900 °C, а найбільш інтенсивно процеси термодеструкції відбуваються в температурному інтервалі 950—1100 °C і на перших стадіях мають переважно поверхневий характер. В усіх випадках зафіксовані відповідні екзоефекти “горіння” Салм та окиснення подвійних карбідів, які входять до складу досліджувальних матеріалів. Найбільш термостійкими виявилися композити, отримані в системах Салм—(Ta—Cr—C)—Si та Салм—(Nb₀,₃₃Cr₀,₆₆C₀,₉₂)—Si. Under conditions of high р, Т-parameters (7.7 GPa and 1950 °С) as a result of the liquid-phase sintering in systems: Сdiam—(Ti₄WC₅)—Si, Сdiam—(Nb—Cr—C)—Si, Сdiam—(Ta—Cr—C)—Si, Сdiam—(V—Cr—C)—Si, diamondbased superhard composite materials have been produced, and their phase composition and certain physical charac teristics have been studied. In a circulating current of dry air in the temperature range 400—1200 °С, the oxi dation processes of the produced diamond-containing composites have been studied, and their heat resistance has been determined using the DTA-TG analysis. It has been shown that all produced materials start to be oxidized with atmospheric oxygen at temperatures of 850—900 °С, while the most intense thermal destruction processes take place in the temperature interval of 950—1100 °С and are predominantly superficial in the early stages. In all cases, the relevant exoeffects of Сdiam “combustion” and oxidation of binary carbides that are component parts of the materials studied have been recorded. The most heat-resistant composites are those produced in the systems Сdiam—(Ta—Cr—C)—Si and Сdiam—(Nb₀,₃₃Cr₀,₆₆C₀,₉₂)—Si. В условиях высоких р,Т-параметров (7,7 ГПа и 1950 °С) в результате жидкофазного спекания в системах Салм—(Ti₄WC₅)—Si, Салм—(Nb—Cr—C)—Si, Салм—(Ta—Cr—C)—Si, Салм—(V—Cr—C)—Si получены сверхтвёрдые композиционные материалы на основе алмаза, изучен их фазовый состав и некоторые физические характеристики. В проточной струе сухого воздуха в температурном интервале 400—1200 °С методом дифференциального термического и термогравиметрического анализа изучены процессы окисления полученных алмазсодержащих композитов и определена их термостойкость. Показано, что все полученные материалы начинают окисляться на воздухе при температуре 850—900 °С, а наиболее интенсивно процессы термодеструкции протекают в температурном интервале 950—1100 °С и на первых стадиях носят преимущественно поверхностный характер. Во всех случаях зафиксированы соответствующие экзоэффекты “горения” Салм и окисления двойных карбидов, которые входят в состав изученных материалов. Наиболее термостойкими являются композиты, полученные в системах Салм—(Ta—Cr—C)—Si и Салм—(Nb₀,₃₃Cr₀,₆₆C₀,₉₂)—Si. 2019 Article Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу / Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 12. — С. 57-64. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.12.057 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162689 539.89 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Матеріалознавство
Матеріалознавство
spellingShingle Матеріалознавство
Матеріалознавство
Стратійчук, Д.А.
Туркевич, В.З.
Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
Доповіді НАН України
description В умовах високих р,Т-параметрів (7,7 ГПа та 1950 C) у результаті рідкофазного спікання в системах Салм–(Ti₄WC₅)—Si, Салм–(Nb—Cr—C)—Si, Салм–(Ta—Cr—C)—Si, Салм–(V—Cr—C)—Si отримано над тверді композиційні матеріали на основі алмазу, визначено їх фазовий склад та деякі фізичні характеристики. У проточному струмені сухого повітря в температурному інтервалі 400—1200 °C методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу досліджено процеси окиснення отриманих алмазовмісних композитів і визначено їх термостійкість. Показано, що всі отримані матеріали починають окиснюватися на повітрі при температурі 850—900 °C, а найбільш інтенсивно процеси термодеструкції відбуваються в температурному інтервалі 950—1100 °C і на перших стадіях мають переважно поверхневий характер. В усіх випадках зафіксовані відповідні екзоефекти “горіння” Салм та окиснення подвійних карбідів, які входять до складу досліджувальних матеріалів. Найбільш термостійкими виявилися композити, отримані в системах Салм—(Ta—Cr—C)—Si та Салм—(Nb₀,₃₃Cr₀,₆₆C₀,₉₂)—Si.
format Article
author Стратійчук, Д.А.
Туркевич, В.З.
author_facet Стратійчук, Д.А.
Туркевич, В.З.
author_sort Стратійчук, Д.А.
title Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
title_short Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
title_full Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
title_fullStr Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
title_full_unstemmed Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
title_sort отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2019
topic_facet Матеріалознавство
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162689
citation_txt Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу / Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 12. — С. 57-64. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT stratíjčukda otrimannânadtverdihalmaznihkompozitívtaviznačennâíhtermostíjkostímetodomdiferencíjnogotermíčnogotatermogravímetričnogoanalízu
AT turkevičvz otrimannânadtverdihalmaznihkompozitívtaviznačennâíhtermostíjkostímetodomdiferencíjnogotermíčnogotatermogravímetričnogoanalízu
first_indexed 2025-07-14T15:13:42Z
last_indexed 2025-07-14T15:13:42Z
_version_ 1837635756097536000
fulltext 57 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 12: 57—64 Надтверді композиційні матеріали на основі алмазу широко застосовуються в сучасному виробництві, оскільки дають можливість підвищувати працездатність та ефективність про- мислових ліній, а в деяких сферах, як наприклад каменеобробка, нафто- та газовидобувна галузь, вони є незамінними [1—3]. І це все завдяки унікальним властивостям алмазу, який поєднує високу твердість, зносостійкість та міцність, що робить його рекордсменом серед існуючих матеріалів на Землі [4]. Так, різниця в твердості між Салм та наступним природним мінералом корундом (Al2O3) становить більше 80 ГПа, і навіть синтетично отриманий над- твердий cBN, який широко застосовується в машинобудуванні, поступається в твердості алмазу майже вдвічі [5]. Однак не слід забувати, що алмаз — це алотропна модифікація карбону — хімічного елемента, який значною мірою піддається реакції окиснення, яка в да- © Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич, 2019 https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.12.057 УДК 539.89 Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, Київ E-mail: d_strat@ukr.net Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості методом диференційного термічного та термогравіметричного аналізу Представлено академіком НАН України В.З. Туркевичем В умовах високих р,Т-параметрів (7,7 ГПа та 1950 C) у результаті рідкофазного спікання в системах Салм–(Ti4WC5)—Si, Салм–(Nb—Cr—C)—Si, Салм–(Ta—Cr—C)—Si, Салм–(V—Cr—C)—Si отримано над тверді композиційні матеріали на основі алмазу, визначено їх фазовий склад та деякі фізичні характеристики. У проточному струмені сухого повітря в температурному інтервалі 400—1200 C методом диференційно- го термічного та термогравіметричного аналізу досліджено процеси окиснення отриманих алмазовмісних композитів і визначено їх термостійкість. Показано, що всі отримані матеріали починають окиснювати- ся на повітрі при температурі 850—900 C, а найбільш інтенсивно процеси термодеструкції відбуваються в температурному інтервалі 950—1100 C і на перших стадіях мають переважно поверхневий характер. В усіх випадках зафіксовані відповідні екзоефекти “горіння” Салм та окиснення подвійних карбідів, які вхо- дять до складу досліджувальних матеріалів. Найбільш термостійкими виявилися композити, отримані в системах Салм—(Ta—Cr—C)—Si та Салм—(Nb0,33Cr0,66C0,92)—Si. Ключові слова: алмазні композити, термостійкість, диференційний термічний аналіз, полікристал, по- двійні карбіди. МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО 58 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 12 Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич ному випадку є звичайним горінням за схемою Салм + О2  СО + СО2 [6]. Відомо, що окис- нення природного монокристала алмазу починається на повітрі при температурі ~800 C, а повне його згорання відбувається при температурах >1000—1100 C [7]; синтетичні по- рошки алмазу завдяки неминуче присутнім домішкам мають значно нижчу термостійкість [8]. Отже, інструменти на основі Салм мають деякі обмеження у використанні, особливо якщо мова йде про високошвидкісну обробку, коли створюється висока температура в області різання [9]. Навіть якщо хімічний знос відсутній (як у випадку каменеобробки), геометрія різальної кромки інструменту під дією високої температури може зазнавати іс- тотних змін, майже до її повної деградації, що автоматично призводить до заміни бурового долота або правлячого ролика, як приклад [10]. Тому отримання надтвердих композицій- них матеріалів підвищеної термостійкості та вивчення механізмів термодеструкції є акту- альним завданням сьогодення. Серед вже існуючих термостійких композитів слід виокре- мити матеріали, отримані в системах Салм — кремній, Салм — доломіт, а також Салм — ко- бальт (за умови його повного хімічного видалення із міжзеренного простору), які мають досить високу термостійкість та широко використовуються для виготовлення правлячого, бурового інструменту, в каменеобробці тощо [11]. У даній роботі описано спосіб отримання алмазовмісних надтвердих композитів у системах Салм–(Ti4WC5)—Si, Салм—(Nb—Cr—C)—Si, Салм–(Ta—Cr—C)—Si, Салм—(V—Cr—C)—Si, а також наведено результати дослідження методом диференційного термічного та термогра- віметричного аналізу (ДТА—ТГ) процесів їх окиснення на повітрі, проаналізовано продук- ти окиснення та визначено температурні інтервали, в яких їх термічна активність най вища. Для досліджуваних матеріалів система Салм — кремній є базовою, а вибрані високо міцні та тугоплавкі подвійні карбіди 3d-металів використані як добавки з метою додаткового під- вищення міцності, тріщиностійкості та термостійкості алмазовмісної кераміки. Рис. 1. Комірка високого тиску для отримання надтвердих алмазовмісних композитів (а: 1 — графітовий нагрівник у вигляді стакана, 2 — молібденові диски, 3 — сталеві струмопідводи) і загальний вигляд пластин після механічної обробки (б) 59ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 12 Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості... Отримання надтвердих алмазовмісних композитів. Керамічні матеріали із вище- наведених чотирьох систем були отримані в Інституті надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля в апараті високого тиску типу “тороїд-30” при оптимальних параметрах спікання: темпе- ратура 1950 °C, тиск 7,7 ГПа. Як вихідні матеріали були використані мікропорошки ал- мазу марки АСМ 28/20, подвійних карбідів — Ti4WC5, Nb0,33Cr0,66C0,92, Ta0,33Cr0,66C0,92, V0,33Cr0,66C0,92 (із середнім розміром зерна 1—3 мкм) та порошок кремнію чистотою 99,9 %. На першому етапі шляхом мокрого змішування готували гомогенну шихту Салм/подвійний карбід, яка містила 92 % (об.) алмазу та 8 % (об.) відповідного подвійного карбіду. Надалі ретельно висушену вихідну шихту розміщували в центральній частині ко- мірки високого тиску в графітовому нагрівнику, а зверху — просочувальний шар із по- рош ку кремнію в кількості, достатній для заповнення пористої пресовки Салм/подвійний кар бід (рис. 1). Після створення необхідного тиску (7,7 ГПа) систему нагрівали до 1950 C Таблиця 1. Фазовий склад та деякі фізичні характеристики досліджених алмазовмісних композитів Вихідна система Фазовий склад отриманого композита Густина, г/см3 Модуль Юнга, ГПа Салм—(Ti4WC5)—Si р 7,7 ГПа, 1950 С Салм + Ti4WC5 -SiС 3,52 851 ± 10 Салм—(Nb—Cr—C)—Si р 7,7 ГПа, 1950 С Салм + Nb0,33Cr0,66C0,92 -SiС 3,53 835 ± 10 Салм—(Ta—Cr—C)—Si р 7,7 ГПа, 1950 С Салм + Ta0,33Cr0,66C0,92 -SiС 3,57 859 ± 10 Салм—(V—Cr—C)—Si р 7,7 ГПа, 1950 С Салм + V0,33Cr0,66C0,92 -SiС 3,54 792 ± 10 Рис. 2. Дані XRD-аналізу для композита, отриманого в системі Салм—(Ta—Cr—C)—Si.  — Ta0,33Cr0,66C0,92 60 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 12 Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич з витримкою при цій температурі 60 с. Таким чином у результаті просочення рідким крем- нієм шихти Салм/подвійний карбід із по- дальшою хімічною взаємодією компонентів в умовах високих р,Т-параметрів були отрима- ні високоміцні алмазовмісні композити, які й було досліджено методом ДТА—ТГ, а також визначено їх деякі фізичні характеристики. В табл. 1 наведено фазовий склад (за да- ними XRD-аналізу) та деякі фізичні характе- ристики отриманих матеріалів. Як видно із таблиці в результаті хімічної реакції між Салм та рідким кремнієм утворюється нова фаза — -SiС, тоді як між подвійними карбідами та Si або Салм взаємодії не зафіксовано. Таким чином, отримані композити являють собою зер на алмазу, які міцно зцементовані термостійкою фазою -SiС, а в міжзеренному просторі розташовані дрібнодисперсні включення жароміцних подвійних карбідів. За даними кіль- кісного рентгенофазового аналізу (РФА) об’ємна частка -SiС у структурі становить не менше 20 %. На рис. 2 наведено дані XRD-аналізу для композита, отриманого в системі Салм—(Ta—Cr—C)—Si. Інші композити мають аналогічні профілі з відповідною фазою по- двійного карбіду. ДТА—ТГ аналіз отриманих композитів. Дослідження методом ДТА—ТГ проведено в температурному інтервалі 400—1200 C за допомогою дериватографа системи Паулік— Паулік—Ердей Q-1500Д (Венгрія), який підключено до ПК. Як реперний матеріал вико- ристано Al2O3 який було відпалено при 1000 C Контроль за температурою здійснено за допомогою платино-родієвої термопари. Досліджені зразки (подрібнені механічним Рис. 3. ДТА- (1) та ТГ-крива (2) для керамічних матеріалів, отриманих у системах Салм— (Ta—Cr—C)—Si (а) та Салм—(Ti4WC5)—Si (б) Рис. 4. ТГ-крива втрати маси зразка для компо- зита, отриманого в системі Салм—(Ta—Cr—C)—Si 61ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 12 Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості... шляхом пластини до розміру блоків 1—3 мм) мали масу від 1,5 до 2 г і розміщувалися безпосередньо в термопарній зоні в ампулах із пірексу. Вимірювання виконані в квазіста- ціонарному режимі в струмені (50 мл/хв) чистого підготовленого повітря при швидкості нагрівання системи 15 град/хв. Згідно з результатами досліджень, ДТА—ТГ-криві всіх матеріалів мають ідентичні про- філі та відрізняються між собою лише за температурним інтервалом активної фази окис- нення. На рис. 3 як приклад наведено дані ДТА—ТГ для кераміки, отриманої із системи Салм—(Ta—Cr—C)—Si та Салм—Ti4WC5–Si. Важливо зазначити, що, оскільки досліджені нами матеріали на 75—80 % складаються із алмазної фази, процеси втрати маси та екзотер- мічні ефекти процесу загалом визначаються реакцією “горіння” Салм в атмосфері кисню по- вітря. Так, утворення нелетких оксидів d-елементів та SiO2 фактично неможливо помітити саме через значно масштабніші ефекти реакції Салм + О2  СО + СО2. Загалом перебіг про- цесів окиснення всіх керамік можна описати такими хімічними рівняннями: Салм—Ti4WC5— SiС + О2 CO +CO2 + TiO2 +WO3 + SiO2, Салм—Nb0,33Cr0,66C0,92— SiС + О2  CO + CO2 + Nb2O5 + Cr2O3 + SiO2, Салм—Ta0,33Cr0,66C0,92— SiС + О2  CO + CO2 + Ta2O5 + Cr2O3 + SiO2, Салм—V0,33Cr0,66C0,92— SiС + О2  CO + CO2 + V2O5 + Cr2O3 + SiO2. Дослідженням після термічної обробки керамічних продуктів методом РФА під- тверджено утворення вищенаведених оксидних фаз у кількості не більше 10—15 % (мас.), оскільки за час проведення ДТА—ТГ окисненню піддався лише приповерхневий шар 150—200 мкм. Слід зазначити, що згідно з даними ДТА—ТГ (див. рис. 3) при температу- рах вище 1000 C відбувається спад ефекту падіння маси та зниження екзотермічних про- цесів у системі: насамперед це пов’язано із накопиченням нелетких оксидів на поверхні зразків, які поступово закривають доступ кисню до алмазних зерен, блокуючи тим самим процеси окиснення Салм. Для запису подальшої термічної деструкції матеріалу необхідно або хімічним шляхом видалити накопичені окисли, або подрібнити його для утворення нових свіжих сколів. На рис. 4 наведені дані ТГ аналізу для зразків системи Салм—(Ta— Cr—C)—Si, які були записані при різних температурах протягом 120 хв. При 970 C зразок було вилучено, оброблено гарячим лу- гом КОН (60 %) і повторно продовже- но нагрівання з підвищенням темпе- ратури від 970 до 1200 C, у результаті показано ефект подальшого падіння маси, що спричинено “горінням” Салм. Аналогічні експерименти проведені для інших систем і виявлено типову картину, тому в роботі розглядаються тільки результати найбільш термо- стійкого матеріалу. У табл. 2 наведено дані щодо термостійкості отриманих композитів та температури початку їх Таблиця 2. Термостійкість алмазовмісних композитів та температура початку їх активного окиснення на повітрі Фазовий склад композита Термостійкість, С Початок активного окиснення, Т С Салм + Ti4WC5, -SiС 990 870—890 Салм + Nb0,33Cr0,66C0,92, -SiС 1050 910—930 Салм + Ta0,33Cr0,66C0,92, -SiС 1150 920—940 Салм + V0,33Cr0,66C0,92, -SiС 970 850—870 62 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 12 Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич активного окиснення. Згідно з даними таблиці, активне окиснення досліджених матеріа- лів розпочинається при температурі близько 900 C, а термостійкість зростає в ряду від ва- надієвмісного матеріалу до кераміки із подвійним карбідом танталу-хрому. Дещо знижена термостійкість ванадіє- та титановмісної кераміки пов’язана із більш високою окиснюваль- ною здатністю TiC і VC, тоді як тантало- та ніобієвмісні сполуки, як відомо, мають вищу вогнетривкість. Таким чином, аналізуючи одержані дані, можна зробити такі висновки: для всіх сис- тем Салм — подвійній карбід — Si, отриманих у результаті високотемпературного спікання в умовах високого тиску, характерне хімічне зв’язування рідкого кремнію алмазним вуглецем з утворенням фази -SiС, яка міцно цементує алмазні зерна з формуванням надтвердого міцного композита, тоді як тугоплавкі подвійні карбіди рівномірно розташовані в міжзе- ренному просторі в незмінному фазовому складі. За даними ДТА—ТГ, отримані керамічні матеріали піддаються окисненню на повітрі з утворенням відповідних окислів, а характер ДТА—ТГ-кривих є однотипним і насамперед визначається “горінням” Салм як фази, яка є основою даної кераміки. Із досліджених матеріалів композити, отримані в системі Салм— (Ta—Cr—C)—Si, є найбільш термостійкими, що можна пояснити жароміцністю тантало- вмісної сполуки. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Scott D.E. The history and impact of synthetic diamond cutters and diamond enhanced inserts on the oil gas industry. Ind. Diamond Rev. 2006. № 1. P. 48—55. 2. Clarc I.E., Bex P.A. The use of PCD for petroleum and mining drilling. Ind. Diamond Rev. 1999. № 1. P. 43—49. 3. Philbin P., Gordon S. Characterization of the wear behaviour of polycrystalline diamond (PCD) tools when machining wood-based composites. J. Mater. Process. Technol. 2005. 162—163. P. 665—672. https://doi. org/10.1016/j.jmatprotec.2005.02.085 4. Инструменты из сверхтвердых материалов: Н.В. Новиков (ред.), Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2001. 528 с. 5. Saketi S., Sveen S., Gunnarsson S., M’Saoubi R., Olsson M. Wear of a high cBN content PCBN cutting tool during hard milling of powder metallurgy cold work tool steels. Wear. 2015. 332—333. P. 752—761. https:// doi.org/10.1016/j.wear.2015.01.073 6. Wang S., Zhang H.T. Study on mechanism of thermal damage on PCD compacts induced by induction heating. Mater. Sci. Tech. 2005. 13. P. 492—495. 7. Joshi A., Nimmagadda R., Herrington J. Oxidation kinetics of diamond, graphite, and chemical vapor deposited diamond filmsby thermal gravimetry. J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. 8, 2137. https://doi.org/ 10.1116/1.577028 8. Crumpton D.M., Laitinen R.A., Smieja J., Cleary D.A. Thermal analysis of carbon allotropes. J. Chem. Educ. 1996. 73, № 7. P. 590—591. 9. Method of making carbonate PCD and sintering carbonate PCD on carbide substrate: Pat. 2014/0130418 A1 USA, IC E21B 10/567 B24D 18/00 B24D 3/06. Publ. 15.05.2014. 10. Masina B.N., Forbes A., Ndwandwe O.M., Hearne G., Mwakikunga B.W., Katumba G. Thermally induced defects in polycrystalline diamond layer on a tungsten carbide substrate. Physica B. 2009. 404. P. 4485—4488. https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.09.036 11. Polycrystalline diamond compact including a carbonate-catalyzed polycrystalline diamond table and ap- plications therefor: Pat. 2013/0043078 A1 USA, IC B24D 3/06 B23B 51/00 E21B 10/46 B24D 18/00. Publ. 21.02.2013. Надійшло до редакції 30.07.2019 63ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 12 Отримання надтвердих алмазних композитів та визначення їх термостійкості... REFERENCES 1. Scott, D. E. (2006). The history and impact of synthetic diamond cutters and diamond enhanced inserts on the oil gas industry. Ind. Diamond Rev., No. 1, pp. 48-55. 2. Clarc, I. E. & Bex, P. A. (1999). The use of PCD for petroleum and mining drilling. Ind. Diamond Rev., No. 1, pp.43-49. 3. Philbin, P. & Gordon, S. (2005). Characterization of the wear behaviour of polycrystalline diamond (PCD) tools when machining wood-based composites. J. Mater. Process. Technol., 162-163, pp. 665-672. https://doi. org/10.1016/j.jmatprotec.2005.02.085 4. Novikov, N. V. (Ed.). (2001). Superhard tools. Kyiv: V.N. Bakul Institute for Superhard Materials of the NAS of Ukraine (in Russian). 5. Saketi, S., Sveen, S., Gunnarsson, S., M’Saoubi, R. & Olsson, M. (2015). Wear of a high cBN content PCBN cutting tool during hard milling of powder metallurgy cold work tool steels. Wear, 332-333, pp. 752-761. https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.01.073 6. Wang, S. & Zhang, H. T. (2005). Study on mechanism of thermal damage on PCD compacts induced by induction heating. Mater. Sci. Tech., 13, pp. 492-495. 7. Joshi, A., Nimmagadda, R. & Herrington, J. (1990). Oxidation kinetics of diamond, graphite, and chemical vapor deposited diamond filmsby thermal gravimetry. J. Vac. Sci. Technol. A, 8, 2137. https://doi. org/10.1116/1.577028 8. Crumpton, D. M., Laitinen, R. A., Smieja, J. & Cleary, D. A. (1996). Thermal analysis of carbon allotropes. J. Chem. Educ., 73, No. 7, pp. 590-591. 9. Pat. 2014/0130418 A1 USA, IC E21B 10/567 B24D 18/00 B24D 3/06. Method of making carbonate PCD and sintering carbonate PCD on carbide substrate, Bao, Y., Garan, A., France, M. D. & Belnap, J. D. Publ. 15.05.2014. 10. Masina, B. N., Forbes, A., Ndwandwe, O. M., Hearne, G., Mwakikunga, B. W. & Katumba, G. (2005). Thermally induced defects in polycrystalline diamond layer on a tungsten carbide substrate. Physica B, 404, pp. 4485-4488. https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.09.036 11. Pat. 2013/0043078 A1 USA, IC B24D 3/06 B23B 51/00 E21B 10/46 B24D 18/00. Polycrystalline diamond compact including a carbonate-catalyzed polycrystalline diamond table and applications therefor, Qian, J., McMurray, E., Mukhopadhyay, D., Wiggins, J. K., Vail, M. & Bertagnolli, K. E. Publ. 21.02.2013. Received 30.07.2019 Д.А. Стратийчук, В.З. Туркевич Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, Киев Е-mail: d_strat@ukr.net ПОЛУЧЕНИЕ СВЕРХТВЁРДЫХ АЛМАЗНЫХ КОМПОЗИТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ТЕРМОСТОЙКОСТИ МЕТОДОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО И ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В условиях высоких р,Т-параметров (7,7 ГПа и 1950 С) в результате жидкофазного спекания в системах Салм—(Ti4WC5)—Si, Салм—(Nb—Cr—C)—Si, Салм—(Ta—Cr—C)—Si, Салм—(V—Cr—C)—Si получены сверх- твёрдые композиционные материалы на основе алмаза, изучен их фазовый состав и некоторые физи- ческие характеристики. В проточной струе сухого воздуха в температурном интервале 400—1200 С мето- дом дифференциального термического и термогравиметрического анализа изучены процессы окисления полученных алмазсодержащих композитов и определена их термостойкость. Показано, что все полу- ченные материалы начинают окисляться на воздухе при температуре 850—900 С, а наиболее интенсив- но процессы термодеструкции протекают в температурном интервале 950—1100 С и на первых стадиях носят преимущественно поверхностный характер. Во всех случаях зафиксированы соответствующие эк- зоэффекты “горения” Салм и окисления двойных карбидов, которые входят в состав изученных материа- лов. Наиболее термостойкими являются композиты, полученные в системах Салм—(Ta—Cr—C)—Si и Салм—(Nb0,33Cr0,66C0,92)—Si. Ключевые слова: алмазные композиты, термостойкость, дифференциальный термический анализ, поли- кристалл, двойные карбиды. 64 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 12 Д.А. Стратійчук, В.З. Туркевич D.A. Stratiichuk, V.Z. Turkevich V.M. Bakul Institute for Superhard Materials of the NAS of Ukraine, Kyiv Е-mail: d_strat@ukr.net OBTAINING SUPERHARD DIAMOND COMPOSITES AND STUDYING THEIR HEAT RESISTANCE BY MEANS OF THE DTA-TG ANALYSIS Under conditions of high р, Т-parameters (7.7 GPa and 1950 С) as a result of the liquid-phase sintering in sys- tems: Сdiam—(Ti4WC5)—Si, Сdiam—(Nb—Cr—C)—Si, Сdiam—(Ta—Cr—C)—Si, Сdiam—(V—Cr—C)—Si, diamond- based superhard composite materials have been produced, and their phase composition and certain physical charac teristics have been studied. In a circulating current of dry air in the temperature range 400—1200 С, the oxi dation processes of the produced diamond-containing composites have been studied, and their heat resist- ance has been determined using the DTA-TG analysis. It has been shown that all produced materials start to be oxidized with atmospheric oxygen at temperatures of 850—900 С, while the most intense thermal destruction processes take place in the temperature interval of 950—1100 С and are predominantly superficial in the early stages. In all cases, the relevant exoeffects of Сdiam “combustion” and oxidation of binary carbides that are component parts of the materials studied have been recorded. The most heat-resistant composites are those pro- duced in the systems Сdiam—(Ta—Cr—C)—Si and Сdiam—(Nb0.33Cr0.66C0.92)—Si. Keywords: diamond composites, heat resistance, DTA, polycrystalline, binary carbides.

Схожі ресурси