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
Спікання керамо-матричних композитів групи BL у системах cBN–TiC–ZrN–Me (Me–Co, Hf, W) (стор. 3-13)
Досліджено процеси формування надтвердих керамо-матричних композитів BL групи в системах cBN–TiC–ZrN–Me (Me–Co, Hf, W) під час HPHT спікання (р = 7,7 ГПа, Т = 1800, 2300 °С) шихти складу 60:15:15:10 % (за об’ємом), водночас TiC–ZrN–Me складова пройшла попередню механохімічну активацію в планетарному млині. Показано, що за високих тисків та температур реакційна взаємодія TiC, ZrN та Me компонентів шихти приводить до утворенням багатокомпонентних твердих розчинів (Ti,Zr,Me)(C,N) зі структурою типу NaCl, склад яких цілком відповідає складу, застосованого для матеріалу наповнювача суміші. Отримана кераміка має однорідну зернову мікроструктуру з чіткими міжфазними границями і твердість HV50 в межах 33–35 ГПа, високий (620–670 ГПа) модуль Юнга, а виготовлені з неї різальні пластини можуть бути застосовані для металообробки загартованих сталей.
Ключові слова: високий тиск, cBN-кераміка BL групи, високотемпературне реакційне спікання, карбонітриди, мікропорошки Co, W, Hf, твердість, модуль Юнга.
УДК 661.665.1:621.769:539.89
М. П. Гадзира1, *, Н. К. Давидчук1, Я. Г. Тимошенко1, М. О. Пінчук1, О. О. Бочечка2, **.
1Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, м. Київ, Україна
2Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*m.gadzyra@ipms.kyiv.ua
**obochechka@gmail.com
Синтез нанорозмірного композиційного порошку SiC–TiC та дослідження процесу його консолідації під високим тиском (стор. 14-22)
Досліджено процес синтезу твердого розчину вуглецю в карбіді кремнію (SiC–C) в умовах “тліючого” самопоширювального високотемпературного синтезу (СВС) у присутності діоксиду титану (TiO2), а також структуру та властивості кераміки, сформованої в умовах спікання під високим тиском. Встановлено, що синтез композиційного порошку SiC–TiC відбувається із суміші терморозширеного графіту (ТРГ) та кремнію за масового співвідношення від 1:2,7 до 1:4 та вмістом TiO2 35 % (за масою) за температури 1200 °C. Розвиток “тліючого” СВС карбіду кремнію характеризується нерівноважністю процесів у мікрооб’ємах, обумовлених структурним станом ТРГ і протіканням газотранспортних реакцій. Підвищення температури в мікрооб’ємі завдяки екзотермічної реакції між ТРГ та кремнієм формує сприятливі термодинамічні умови синтезу карбіду титану в системі ТРГ–Si–TiО2. Аналіз рентгенографічних даних показав, що параметри ґраток обох карбідів мають менші значення в порівнянні зі значеннями для стехіометричних карбідів. Спечена за високих тисків кераміка на основі синтезованих композиційних порошків характеризується високою твердістю (43,4 ГПа) внаслідок дисперсійно-деформаційного зміцнення.
Ключові слова: терморозширений графіт, твердий розчин вуглецю в карбіді кремнію, діоксид титану, карбід титану, спікання під високим тиском.
УДК 666.3:539.5
Т. Б. Сербенюк1, *, Т. О. Пріхна1, В. Б. Свердун1, В. Є. Мощіль1, М. В. Карпець1, 2, Г. Д. Ільницька1, А. А. Марченко1, В. В. Кущ1, Л. О. Полікарпова1, В. В. Білорусець1, С. П. Старик1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
2Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
*serbenuk@ukr.net
Структура та механічні властивості композитів на основі AlN з добавками ZrB2 та алмазного порошку (стор. 23-31)
Досліджено структуру та механічні властивості композиційних керамічних матеріалів AlN–С–ZrB2 електротехнічного призначення на основі AlN з добавками 2 % (за масою) алмазного порошку та 8–13 % (за масою) ZrB2, спечених методом гарячого пресування за температури 1920 °C та тиску 20 МПа. За результатами, отриманими із застосуванням сканувального електронного мікроскопа та рентгенівського дифрактометра з розшифровкою дифрактограм за допомогою методу Рітвельда, було визначено, що за різних концентрацій ZrB2 у вихідній шихті структура композиційних матеріалів містить основні фази – AlN, Al3(O, N)4, ZrB2, ZrC, Y3Al5O12 та C у вигляді графіту. Аналіз одержаних даних механічних властивостей показав, що твердість за Вікерсом композитів за навантаження на індентор 9,8 Н становить 11,44±0,53 та 12,18±0,30 ГПа для зразків з вихідним вмістом ZrB2 8 та 13 % (за масою) відповідно. Водночас утворення тріщин, що виходять із кутів відбитка піраміди у структурі матеріалу спостерігали за навантаження 49 Н, а рівень тріщиностійкості для обох матеріалів становив 6,03–6,36 МПа·м0,5.
Ключові слова: композиційний матеріал, AlN, алмазний порошок, ZrB2, механічні властивості, структура.
УДК 620.22-621.921.34:539.422.25
В. A. Мечник1, *, Б. Т. Ратов2, Е. С. Геворкян3, М. О. Бондаренко1, В. M. Колодніцький1, **, С. П. Старик1, В. А. Чишкала4, Ж. К. Жунусова2, З. Т. Матаєва2
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
2НАО “Казахський національний дослідницький технічний університет ім. К. І. Саптаєва”, м. Алмати, Казахстан
3Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
4Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна
*vlad.mechnik2019@gmail.com
**vasylkolod56@gmail.com
Вплив спільної дії добавок ZrO2 і CrB2 на структуру і експлуатаційні характеристики композитів WC‒Co, виготовлених методом іскро-плазмового спікання, для алмазовмісних матеріалів (стор. 32-49)
Проведено дослідження структури композиційних матеріалів, виготовлених на основі WC‒Co-сплавів з різним вмістом діоксиду цирконію і дибориду хрому методом іскро-плазмового спікання. Досліджено вплив спільної дії добавок ZrO2 і CrB2 на експлуатаційні характеристики композиційних матеріалів WC‒Co, таких як коефіцієнт тертя та інтенсивність зносу під час зворотно-поступального тесту на знос сухим ковзанням контртіла (кулька з Al2O3) за кімнатної температури під навантаженням 100 Н. Показано, що спечені композити 94WC‒6Co (зразок 1), 89,3WC‒5,76Co‒4ZrO2‒1CrB2 (зразок 2), 86,48WC‒5,52Co‒6ZrO2‒2CrB2, (зразок 3), 82,72WC‒5,28Co‒8ZrO2‒4CrB2 (зразок 4) і 78,96WC‒5,04Co‒10ZrO2‒6CrB2 (зразок 5) характеризується наявністю добре сформованих ізоморфних кристалів WC з чіткою огранкою та гострими кутами. Структура є полідисперсною з поєднання великих призматичних зерен WC (розміром до 10‒15 мкм) та дрібнішої фракції, яка заповнює простір між ними. Показано, що коефіцієнт тертя μ в контакті зразок–контртіло для зразка 1 після трибологічних випробувань знаходився в межах 0,75‒0,85, а для зразків 2, 3, 4 і 5 ‒ 0,3‒0,41, 0,5‒0,6, 0,7‒0,8, і 0,82‒95 відповідно. Інтенсивність зносу для зразків 2, 3 і 4 становить (2,143±0,532)·10–7, (3,216±0,758) 10–7 і (6,784±0,852) 10–7 мм3/(Н·м), що в 3,7, 2,5, і 1,2 разів нижче, ніж у зразку 1, що ставить їх у ряд високозносостійких матеріалів. Підвищені трибологічні характеристики композитів, що містять добавки ZrO2 і CrB2 (зразки 2, 3 і 4) порівняно зі зразком 1, обумовлені більш високою здатністю цих зразків протистояти абразивному і адгезійному зносу завдяки формуванню більш дрібнозернистої структури з рівномірним розподілом зерен WC і дисперсійним зміцненням границь між зернами WC та зв’язуючою фазою кобальту Co. Перевищення вмісту ZrO2 і CrB2 (10 і 6 %) відповідно в складі зразка 1, призвело навпаки до зменшення в 1,3 рази зносостійкості. З погляду експлуатаційних властивостей оптимальними є зразок 2, що містить 4ZrO2 і 1CrB2. Переважаючим механізмом зносу зразка 1 під час зворотно-поступального тертя кулькою з Al2O3 є абразивний знос. Адгезійний знос у результаті впровадження продуктів зносу в поверхню тертя в порівнянні з абразивним зносом у меншій мірі впливає на інтенсивність зносу. Введення добавок ZrO2 і CrB2 до композита 94WC‒6Co приводить до зменшення інтенсивності абразивного зносу та збільшення адгезивного зносу.
Ключові слова: композит, карбід вольфраму, діоксид цирконію, диборид хрому, кобальт, структура, коефіцієнт тертя, зносостійкість, іскро-плазмове спікання.
УДК 621.921
Є. О. Пащенко*, О .В. Лажевська, Д. О. Савченко, С. А. Кухаренко, О. М. Кайдаш, Р. М. Курганов, О. О. Ревво, Н. В. Єльцов
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*lab6_1@ukr.net
Особливості структурних перетворень у полімерах у складі інструментальних композитів у динамічній контактній зоні (стор. 50-59)
Проведено теоретичний аналіз можливості утворення та поведінки короткоживучих структур передруйнування у полімерних матеріалах в умовах високої щільності введеної енергії, характерної для зони динамічного контакту інструментального композита з оброблюваним матеріалом. Показано роль процесів спінової релаксації у формуванні характеристичних часів відгуку полімерних матеріалів на інтенсивне введення енергії. Розглянуто особливості динамічної поведінки полімерних структур у згаданих умовах. Доведено можливість визначення характерного часу, якій обумовлює темп енергообміну між електронною та коливальною підсистемами полімерного зв’язувального матеріалу з використанням методу ядерного магнітного резонансу.
Ключові слова: полімерні матеріали, динамічна поведінка, вільні радикали, спінова релаксація.
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
Дослідження відбиття електромагнітної хвилі в композитах на основі діелектричної матриці та частинок провідника чи напівпровідника (стор. 60-68)
На основі виведених формул для обчислення коефіцієнта відбиття електромагнітної хвилі Г для значень тангенса кута діелектричних втрат tgδ від 0 до 100 розраховано залежності Г для діелектричної проникності ε’ в інтервалі 1 ≤ ε’ ≤ 100 і значень tgδ в інтервалі 0,01 < tgδ < 100. Аналіз розрахованих залежностей Г від ε’ і tgδ показав, що радикальним рішенням зменшення Г є застосування композитів з ε’ ≤ 10–15. Проаналізовано діелектричні характеристики ε’, ε”, tgδ та коефіцієнт відбиття Г існуючих композитів на основі AlN у діапазонах частот 12–40 ГГц за вмісту 16,6–17,9 % (за об’ємом) частинок провідника Мо та 20 і 40–50 % (за об’ємом) частинок напівпровідника SiС. Виявлено, що досліджені композити на основі AlN мають найбільші значення ε’ у діапазоні частот 12–18 ГГц. Встановлено, що для цього діапазону діелектрична проникність дорівнює ε’ = 25–32, коефіцієнт відбиття Г = 0,45–0,49, а tgδ < 0,01 для композитів із вмістом 16,6–17,9 % (за об’ємом) частинок Мо. Для матеріалів з вмістом 40–50 % (за об’ємом) частинок напівпровідника SiС, значення цих величин дорівнюють відповідно ε’ = 18–36, Г = 0,38–0,58 і tgδ < 0,45.
Ключові слова: нітрид алюмінію, молібден, карбід кремнію, частинки провідника та напівпровідника, коефіцієнт відбиття електромагнітної хвилі, діелектрична проникність, тангенс кута діелектричних втрат.
УДК 621.923.7
Ю. Д. Філатов
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*filatov2045@gmail.com
Енергія перенесення під час полірування металевих деталей оптотехніки за допомогою дисперсних систем з мікро- та нанопорошків метаборату міді (стор. 69-82)
В результаті дослідження закономірностей перенесення енергії між поверхнею оброблюваної деталі та полірувальною дисперсною системою з мікро- та нанопорошків метаборату міді з дисперсним середовищем у вигляді гасу або води встановлено, що швидкість знімання оброблюваного матеріалу, інтенсивність зношування полірувального порошку і параметри шорсткості полірованої поверхні збільшуються у разі зменшення енергії перенесення, що свідчить про однакові закономірності полірування оптичних поверхонь деталей з металевих та неметалевих матеріалів. Показано, що енергія перенесення залежить від спектрального розділення між оброблюваним матеріалом і метаборатом міді і розділення за діелектричною проникністю між оброблюваним металом, полірувальним порошком і дисперсним середовищем, і визначається їхнім співвідношенням. Вивчено вплив діелектричної проникності дисперсного середовища на показники полірування деталей оптотехніки з міді і алюмінію і показано, що це співвідношення може бути критерієм ефективності перенесення енергії від частинок полірувального порошку до оброблюваної поверхні, оскільки дає можливість визначити відношення швидкості знімання оброблюваного матеріалу до інтенсивності зношування полірувального порошку, яке більше одиниці у разі використання дисперсного середовища у вигляді гасу, і менше одиниці у разі використання води. Показано також, що теоретично розраховані значення швидкості знімання оброблюваного матеріалу під час полірування міді і алюмінію за допомогою дисперсних систем з мікро- і нанопорошків метаборату міді з дисперсним середовищем із гасу або води добре узгоджуються з даними експериментального визначення продуктивності полірування за відхилення 2–7 %.
Ключові слова: полірування, метаборат міді, енергія перенесення, швидкість знімання матеріалу, інтенсивність зношування полірувального порошку, шорсткість поверхні.
УДК 621.91.01
М. М. Шейко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
max-kiev@i.ua
До питання про природу осциляції сил, що реєструють у процесах переривчастого різання, про динамічне тарування, метод функції Гріна, прямі та обернені задачі коливальної системи (стор. 83-91)
Наведено теоретичний аналіз одиничного циклу переривчастого різання, якій показує, що ланки системи верстат–пристосування–інструмент–деталь, як коливальної системи, зазнають динамічних навантажень з відповідним динамічним коефіцієнтом. Але осциляція сил, які реєструють динамометром, не відображає безпосередньо зміну контактних сил деталь–різець (сил різання). У разі переривчастого різання в місці контакту виникають додаткові навантаження (добавки) до усталеної сили різання. Для визначення збурювальної сили різання за відомою залежністю коливання системи (обернена задача) застосовано метод функції Гріна та інтегральне рівняння Вольтерри 1-го роду. Ядро рівняння формується динамічним таруванням динамометра і в ньому “зашита” вся інформація про коливальну систему. На прикладах продемонстровано ефективність методу, обчислено зазначену добавку і динамічний коефіцієнт безпосередньо сил різання як розв’язок інтегрального рівняння.
Ключові слова: переривчасте різання, коливальна система, динамічний коефіцієнт, збурювальна сила різання, динамічне тарування, метод функції Гріна.
УДК 661.687:[621.923.4:621.922.34]
В. І. Лавріненко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
lavrinen52@gmail.com
Нітрид кремнію як керамічний матеріал технічного застосування: особливості його алмазної обробки та його місце серед інших керамік (стор. 92-100)
Досліджено особливості алмазної обробки виробів з кераміки на основі нітриду кремнію. Показано, що така кераміка за ступенем окислення, рівнем температури у зоні обробки під час шліфування та за силовими показниками процесу алмазного шліфування керамічних матеріалів є проміжною між оксидною і оксидно-карбідною кераміками. Встановлено, що за показником питомої енергоємності шліфування найменшу енергоємність обробки мають оксидні кераміки. У порівнянні з ними енергоємність шліфування оксидно-карбідної кераміки у 2–3 рази більша, а найбільшу питому енергоємність шліфування має нітридна кераміка як за умов глибинного шліфування, так і за умов пружного шліфування, що слід враховувати під час визначення умов обробки виробів з нітридної кераміки.
Ключові слова: нітрид кремнію, керамічні кульки, інструментальна кераміка, алмазне шліфування, питома енергоємність шліфування.