УДК 621.921.34-492.2:539.89:621.762.5
О. О. Бочечка*, Г. А. Петасюк, О. І. Чернієнко, В. О. Вєніков, В. С. Гаврилова, Т. О. Куриляк, А. О. Лямцева, С. М. Шевчук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*obochechka@gmail.com
Вплив розміру зерен алмазних порошків на формування з них полікристалів за високого тиску і високої температури (стор. 3-11)
За тиску 8 ГПа та температури 1700 °С в системі Mg–Zn–B–C синтезовано кристали алмазу, проведено хімічне очищення продукту синтезу та здійснено класифікацію одержаного алмазного порошку за зернистістю. Досліджено зерновий склад сумішей крупнодисперсного та дрібнодисперсного алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C, до та після дії високого тиску, розглянуто вплив складу вихідних сумішей на ступінь їхнього подрібнення під дією високого тиску та його зв’язок із кінетикою та рівнем ущільнення полікристалів, сформованих із вказаних сумішей за подальшої дії високої температури. Показано, що збільшення середнього розміру вихідного порошку з 5 до 30 мкм викликає збільшення ступеня його подрібнення в 6 разів, що веде до ущільнення порошку на етапі високотемпературного спікання за тиску 8 ГПа та температури 1800 °С до рівня 99 %.
Ключові слова: алмазні порошки, зерновий склад, високий тиск, спікання, кінетика ущільнення, рівень ущільнення
УДК 621.762.5
М. М. Прокопів, О. В. Харченко, С. П. Старик, Г. П. Захарчук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*mprokopiv70@gmail.com
Формування функціонально-градієнтної структури TiСN–(Со,Ті,W)С,N на поверхні зразка з твердого сплаву WC‒5TiC‒10Co під час спікання в контакті з нанопорошкомTiN (стор. 12-20)
Досліджено поверхню зразка із твердого сплаву WC–5TiC–10Co марки Т5К10 з поверхневим градієнтним шаром WC‒13Со і показано, що після додаткового спікання зразка (під тиском 50‒60 Па в середовищі азоту за температури 1400 °С впродовж 20 хв у контакті з попередньо нанесеним на поверхню шаром нанопорошку TiN у вигляді шлікера) на поверхні зразка сформувався зовнішній темний шар (ЗТШ), розмірами 0,2–3,0 мм, зі щільною гетерофазною структурою, яка включає матрицю на основі Co, W, Ti, леговану N і C і диспергованими в ній керамічними (ТіNС) зернами різної форми. Встановлено, що механізмом формування даної градієнтної структури є інфільтрація частини утвореного в термокінетичних умовах спікання розплаву розчину Со‒W‒С із шару WC‒13Со, зі зменшенням останнього до 7 %, у пористий шар із нанопорошку ТіN, далі реалізується механізм рідкофазного спікання, який супроводжується частковим заміщенням у ТіN азоту вуглецем, розчиненням Со і W, виникненням безпористого стану та утворенням гетерофазної структури. Визначено, що мікротвердість шару WC‒7Со становить 14,5 ГПа, а новоутвореного ЗТШ ‒ 16,1 ГПа. Одержана градієнтна структура є перспективною для використання, наприклад, у лезовому інструменті для обробки високолегованих сплавів.
Ключові слова: твердий сплав, нітрид титану, спікання, розплав, інфільтрація, градієнтна мікроструктура.
УДК 666.3:546.271.620.1
Peicheng Mo*, Jiarong Cheng, Xiaoyi Pan, Jun Zhang, Kai Li, Peixun Wang, Shiwei Jiang, Luozhi Mo, Chao Chen
Guangxi Key Laboratory of Superhard Material, National Engineering Research Center for Special Mineral Material, Guangxi Technology Innovation Center for Special Mineral Material, China Nonferrous Metals (Guilin) Geology And Mining Co., Ltd., Guilin, P.R. China
*2393707540@qq.com
Вплив часу витримки на мікроструктуру та механічні властивості композиційних матеріалів на основі B4C (стор. 21-31)
Досліджено композитні матеріали B4C–TiB2, виготовлені за допомогою реакції in-situ з використанням спікання за високих температури і тиску з 90 % (за масою) B4C та 10 % (за масою) TiO2 як вихідних матеріалів. Визначено вплив часу витримки (2–10 хв) за постійного тиску 5 ГПа і температури 1500 °C на ущільнення, фазовий склад, еволюцію мікроструктури та механічні властивості композита. Результати дослідження показали, що час витримки значно впливає як на кінетику ущільнення, так і на формування армуючої фази TiB2. Оптимальні механічні характеристики були досягнуті за тривалості витримки 8 хв, що дозволило отримати відносну щільність 99,6 %, твердість за Віккерсом 35,3 ГПа, міцність на згин 675 МПа та в’язкість руйнування 6,8 МПа⋅м1/2. Покращення механічних властивостей в першу чергу пов’язане з повним утворенням частинок TiB2 in situ, що ефективно покращує в’язкість руйнування за допомогою таких механізмів, як відхилення тріщин і місткування. Отримано важливу інформацію щодо оптимізації процесу спікання для високопродуктивних композитів на основі B4C, запропоновано наукову основу для їхньої розробки та застосування в екстремальних умовах.
Ключові слова: B4C, високі температура і тиск, механічні властивості, механізм зміцнення.
УДК 541.16
S. F. Matar
Lebanese German University (LGU), Computational Materials and Molecular Science (CMMS), Sahel-Alma, Jounieh, Lebanon
s.matar@lgu.edu.lb
Новий щільний і надтвердий тетрагональний та орторомбічний C10: обґрунтування на основі кристалохімії та дослідження методом теорії функціонала густини (стор. 32-40)
На основі кристалохімічного пошуку та теорії функціонала густини запропоновано оригінальні тетрагональні та орторомбічні алотропи C10 із надзвичайно високою щільністю та надзвичайною твердістю. Такі властивості пов’язані з особливим розташуванням спотворених спільних кутів, а також короткими зв’язками C–C. Отримані структури відзначаються оригінальною топологією. Фононні зонні структури мають стабільні низькочастотні акустичні моди, а також вищі оптичні моди зі смугою 40 ТГц, близькою до експериментальної лінії Рамана алмазу для орторомбічного алотропа. Розрахована крива питомої теплоємності CV відповідає експериментальним значенням теплоємності для алмазу, особливо для орторомбічного C10. Електронна зонна структура проявляє напівпровідникові та ізоляційні властивості для тетрагональних та орторомбічних алотропів відповідно.
Ключові слова: теорія функціонала густини, алмаз, кристалохімія, фонони, щільність, твердість, питома теплоємність, зонна структура.
УДК 621.921.34:621.794.4:669.04
Danhui Han1, *, Binhao Wang1, Chong Peng1, Cui Lyu2, Guangtong Zhou1, Changjian Geng1, Xinying Wang1, Bingtao Hu1
1State Key Laboratory for High Performance Tools, Zhengzhou Research Institute for Abrasives & Grinding Co., Ltd, Zhengzhou, P.R. China
2School of Materials Electronics and Energy Storage, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P.R. China
*baoyanl@126.com
Кероване травлення алмазу за допомогою карботермічного відновлення (стор. 41-53)
Досліджено поведінку карботермічного відновлення системи Fe2O3–C на кристалічних площинах алмазу (100) і (111) за температури 1000 °C і показано, що Fe і FeO, які утворюються в результаті відновлення Fe2O3 вуглецем, є основними активними речовинами, що сприяють травленню. Однак між двома кристалічними площинами було виявлено значні відмінності в механізмах травлення. На площині (111) переважало ступінчасте травлення, що призвело до утворення трикутних пірамідальних ямок, причому ступінь травлення зменшувався зі збільшенням вмісту вуглецю. На площині (100) утворилися квадратні ямки, а більший вміст вуглецю сприяв глибшому травленню. Це дослідження пояснює механізм регулювання анізотропного травлення, вплив складу сировини на морфологію травлення та створює теоретичну основу для контрольованого процесу травлення алмазу.
Ключові слова: алмаз, травлення, Fe2O3, FeO, карботермічне від-новлення.
УДК 621.315
В. І. Часник1, Д. В. Часник2, О. М. Кайдаш3, *
1Державне підприємство НДІ “Оріон”, м. Київ, Україна
2Український НДІ спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, м. Київ, Україна
3Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*oksana.kaidash@gmail.com
Вплив вмісту і розподілу за розмірами частинок молібдену на діелектричні характеристики та поглинання електромагнітної енергії композитів AlN–Mo (стор. 54-63)
Наведено експериментально встановлені значення діелектричної проникності ε’ і тангенса кута діелектричних втрат tgδ для вільноспечених композитів на основі AlN з вмістом частинок провідника (Мо) у широкому інтервалі від нуля до досягнення критичної концентрації частинок молібдену, тобто поблизу порога перколяції. Показано, що в досліджених композитах як дійсна ε’, так і уявна ε” частини діелектричної проникності монотонно збільшуються за зростання вмісту частинок провідника, досягають максимальних значень поблизу порогу перколяції і дорівнюють ε’ = 25–33–48. Визначено поглинання мікрохвильової енергії в композитах AlN–Mo для різного вмісту та дисперсності частинок провідника. Встановлено взаємозв’язок між діелектричними втратами ε” і рівнем мікрохвильового поглинання в залежності від вмісту частинок провідника поблизу порога перколяції.
Ключові слова: нітрид алюмінію, молібден, об’ємний поглинач, діелектрична проникність, діелектричні втрати, тангенс кута діелектричних втрат, поглинання електромагнітної енергії, поріг перколяції.
УДК 621.923.7
Ю. Д. Філатов1, А. Ю. Бояринцев2, В. І. Сідорко3, С. В. Ковальов1, В. А. Ковальов4, О. Я. Юрчишин4
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
2Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, м. Харків, Україна
3Державне підприємство “Інженерно-виробничий центр АЛКОН” НТАК (АЛКОН) НАН України, м. Київ, Україна
4Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
*filatov2045@gmail.com
Розсіювання наночастинок шламу і наночастинок зносу полірувального порошку під час полірування деталей оптотехніки з міді й алюмінію (стор. 64-77)
У результаті дослідження закономірностей розсіювання наночастинок шламу і наночастинок зносу полірувального порошку під час полірування міді і алюмінію за допомогою дисперсних систем з мікро- та нанопорошків метаборату міді з дисперсним середовищем у вигляді гасу або води, а також утворення нальоту з цих наночастинок на робочій поверхні притира, встановлено, що поверхні притира досягають лише частинки шламу, розсіяні вперед, і частинки зносу полірувального порошку, розсіяні назад, диференціальні перерізи яких, змінюючись в межах [2,3–102,0] Гб·ср-1 і [0,7–4,8] Мб·ср-1, суттєво зменшуються у разі збільшення розділення між наночастинками шламу, наночастинками зносу полірувального порошку і дисперсним середовищем за діелектричною проникністю. Показано, що повні перерізи розсіювання наночастинок σm і σp, змінюючись в межах [0,05–1,78] Мб і [0,37–0,53] Мб, також зменшуються зі збільшенням розділення між наночастинками шламу, наночастинками зносу і дисперсним середовищем за діелектричною проникністю, а максимум σm/σp = 3,3 і мінімум σm/σp = 0,1, які характерні для взаємодії наночастинок в системах мідь–гас і алюміній–вода, свідчать про більш вірогідне утворення нальоту на робочій поверхні притира з наночастинок шламу – у першому разі і з наночастинок зносу полірувального порошку – у другому. Експериментально підтверджено, що під час полірування міді за допомогою мікро- та нанопорошків метаборату міді в дисперсному середовищі гасу на поверхні притира спостерігали наліт з частинок міді, а під час полірування алюмінію у водяному дисперсному середовищі спостерігали наліт з частинок метаборату міді.
Ключові слова: полірування, мідь, алюміній, метаборат міді, роз-сіювання наночастинок, наліт, розділення за діелектричною проникністю.
УДК 621.921.34-492.2:004.89
Г. А. Петасюк
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*petasyuk@ukr.net
Визначення показників зовнішньої питомої площі поверхні шліфпорошків синтетичного алмазу екстраполяційно-аналітичним та пофракційно-осереднювальним методами: порівняльний аналіз (стор. 78-94)
Проведено огляд публікацій, в яких засвідчено позитивну прикладну значимість питомої площі поверхні шліфпорошків синтетичного алмазу абразивного призначення та способів впливу на її змінювання. Проаналізовано тенденції сучасного розвитку методів опосередковано-аналітичного визначення зовнішньої питомої площі поверхні як технологічної властивості таких абразивних шліфпорошків. Досліджено методичні особливості застосування екстраполяційно-аналітичного та пофракційно-осереднювального методів визначення зовнішньої питомої площі поверхні шліфпорошків синтетичного алмазу. Виконано порівняльне дослідження застосування цих двох методів до високоміцних та підвищеної міцності шліфпорошків синтетичного алмазу. Встановлено, що застосування пофракційно-осереднювального методу до високоміцних шліфпорошків синтетичного алмазу дозволяє отримувати більш достовірні показники зовнішньої питомої площі поверхні у порівнянні із тими, які надає екстраполяційно-аналітичний метод. Ступінь підвищення для досліджених високоміцних шліфпорошків змінювався від 1,5 до 2,35 рази. Виявлено фактори, які впливають на збільшення значення питомої площі поверхні. Сформульовано практичні рекомендації щодо правомірності і доцільності застосування пофракційно-осереднювального методу визначення зовнішньої питомої площі поверхні шліфпорошків синтетичного алмазу такого класу.
Ключові слова: високоміцні шліфпорошки синтетичного алмазу, 3D форма зерен, зовнішня питома поверхня, показник, метод.
УДК 621.921.343
Д. А. Стратійчук1, *, Н. М. Білявина2, В. З. Туркевич1, C. П. Старик1, Я. М. Романенко1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля, НАН України, м. Київ, Україна
2Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, м. Київ, Україна
*d_strat@ukr.net
До питання рідкофазної взаємодії між cBN та високоентропійними сплавами (стор. 95-97)
За умов високих тисків та температур розглянуто взаємодію між мікропорошком cBN та високоентропійними сплавом (ВЕС), зокрема 37Ni19Fe19Cr17Co4Ti4Al % (за об’ємом). Показано, що під час НРНТ спікання за температури Тсп = 2250 °С і часу 60 с у системі 70cBN–30ВЕС % (за об’ємом) рідка фаза сплаву заповнює увесь міжзерений простір зі створенням металокерамічного композита. Методами рентгенофазового аналізу та енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії в структурі композита не виявлено продуктів взаємодії вихідних компонентів або твердих розчині на їхній основі.
Ключові слова: високий тиск, cBN-кераміка, рентгенофазовий аналіз, енергодисперсійна рентгенівська спектроскопія, рідкофазне спікання, високоентропійний сплав.