УДК 661.883:536.45

Т. О. Пріхна^{1, 4,} *, А. С. Локаткіна¹, П. П. Барвіцький¹, М. В. Карпець^{1, 2, 4}, С. С. Пономарьов³, А. А. Бондар⁴, Б. Бюхнер⁵, Й. Вернер⁵, Р. Клюге⁵, В. Є. Мощіль¹, О. І. Боримський¹, Л. М. Девін¹, С. В. Ричев¹, Р. Хабер⁶, Зейнеп Айгузер Ясар⁶, Б. Матовіч⁷, М. Руцький⁸, О. В. Присяжна^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
³Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, м. Київ, Україна
⁴Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, м. Київ, Україна
⁵Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung, Dresden, Germany
⁶Department of Materials Science and Engineering, Rutgers, The State University of New Jersey, Piscataway, USA
⁷Institute of Nuclear Sciences Vinča, Materials Science Laboratory, Belgrade University, Belgrade, Serbia
⁸Faculty of Mechanical Engineering, Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Radom, Poland
*prikhna@ukr.net

Структура, механічні властивості та високотемпературна стійкість матеріалів на основі ZrB₂ та HfB₂ (стор. 3-20)

Досліджено структуру, механічні характеристики й високотемпературну стійкість у вакуумі та на повітрі спечених за високого квазігідростатичного тиску (4,1 ГПа) та за допомогою гарячого пресування (за тиску 30 МПа) матеріалів на основі ZrB₂ і HfB₂ без добавок та з добавками SiC і Si₃N₄. Показано, що нетривале (4 хв) спікання в умовах високого тиску за порівняно невисокої (1800 °С) температури дозволяє значно покращити механічні властивості матеріалів у порівнянні з аналогічними, одержаними іншими методами (гарячим пресуванням та іскро-плазмовим спіканням). У разі спікання за високого (4,1 ГПа) тиску добавка 20 % (за масою) SiC до ZrB₂ і 30 % (за масою) SiC до HfB₂ приводить до зниження питомої ваги ZrB₂ і HfB₂ та підвищення твердості (на 17 і 46 % відповідно) і тріщиностійкості (на 40 і 21 % відповідно). У разі додавання SiC відбувається формування твердих розчинів через взаємну дифузію С і Si в матричні фази ZrB₂ або HfB₂ та незначну дифузію Zr і Hf в області, збагачені SiC. Під час спікання ZrB₂ і HfB₂ без добавок за високого тиску покращення механічних властивостей пояснюється утворенням у спеченому матеріалі міцніших зв’язків між зернами. Додавання SiC до ZrB₂ дещо знижує модуль Юнга, але підвищує демпфувальну здатність отриманих матеріалів. Одночасне додавання SiC і Si₃N₄ до ZrB₂ приводить меншою мірою до зростання твердості, але веде до подальшого підвищення тріщиностійкості. Температура плавлення у вакуумі спечених ZrB₂ і HfB₂ виявилася істотно вищою, ніж у матеріалів з добавками SiC. Композитний матеріал, виготовлений з суміші HfB₂–30 % (за масою) SiC мав густину r = 6,21 г/см³, мікротвердість H_V(9,8 Н) = 38,1±1,4 ГПа, H_V(49 Н) = 27,7±0,24 ГПа, H_V(98 Н)= 26,3±2,03 ГПа, тріщиностійкість K_Іс(9,8 Н) = 8,2±0,2 MПа×м^0,5, K_Іс(49 H) = 6,8±0,6 MПа×м^0,5, K_Іс(98 Н) = 6,4±0,11 MПа×м^0,5, що істотно вище за аналогічні характеристики HfB₂, спеченого в тих же умовах, але без добавок.

Ключові слова: тугоплавкі бориди, SiC, Si₃N₄, композити, ультрависокотемпературні матеріали, спікання в умовах високих тисків і температур, гаряче пресування, електронна мікроскопія, механічні властивості, температура плавлення у вакуумі, високотемпературна стійкість до окислення.

 

УДК 621.921.34-492.2:539.89:621.762.5

О. О. Бочечка^1, *, О. В. Кущ¹, О. М. Ісонкін¹, Г. А. Петасюк¹, О. І. Чернієнко¹, О. С. Осіпов¹, В. С. Гаврилова¹, О. І. Боримський¹, Ю. Ю. Румянцева^2
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Łukasiewicz Research Network – Krakow Institute of Technology, Krakow, Poland
*bochechka@ism.kiev.ua

Вплив зернового складу порошку алмазу, синтезованого в системі Mg–Zn–C, на структуру, фізико-механічні та експлуатаційні властивості полікристалів, спечених з нього за високого тиску  (стор. 21-35)

За тиску 8 ГПа та температури 1700 °C в системі Mg–Zn–C проведено синтез алмазу, після хімічного очищення продукту синтезу здійснено класифікацію одержаного алмазного порошку за зернистостями. Досліджено вплив співвідношення крупної і дрібної фракцій алмазного порошку й параметрів спікання на структуру та фізико-механічні властивості спечених алмазних полікристалів. Проведено дослідження зносостійкості отриманих зразків через точіння циліндричного керна граніту Коростишівського родовища X категорії буримості. Показано, що спікання за високого тиску суміші крупнодисперсного та дрібнодисперсного синтезованих алмазних порошків дозволяє зменшити в 2,46 рази залишкову пористість в порівнянні зі спіканням за такого ж тиску алмазних порошків, синтезованих в системах на основі металів групи заліза. Максимальна твердість серед одержаних полікристалічних зразків, визначена за навантаження на індентор Кнупа 9,8 Н, становить 66 ГПа, що складає 87 % від твердості монокристала природного алмазу типу Ia (грань (100)). Найвищу зносостійкість мають зразки алмазних полікристалічних елементів діаметром 15 мм та висотою 3 мм, спечені в АВТ “тороїд 30” за тиску 8 ГПа та температури 1780 °C з очищеного продукту синтезу в системі Mg–Zn–C, яка в 5,6–10,9 разів вище зносостійкості контрольного зразка, спеченого з порошку, синтезованого в системі Ni–Mn– C.

Ключові слова: синтез алмазу, алмазний порошок, високий тиск, спікання, алмазний полікристал, твердість, точіння керна граніту, зносостійкість.

 

УДК 620.22-621.921.34:539.422.25

Б. Т. Ратов¹, В. А. Мечник^2, *, М. О. Бондаренко², В. М. Колодніцький^2, **, Е. С. Геворкян^{3, 4}, В. П. Нерубацький⁴, А. Г. Гусманова⁵, Б. В. Федоров¹, Н. А. Калдибаєв⁶, М. Т. Аршидинова⁵, В. Г. Кулич^2
1НАО “Казахський національний дослідницький технічний університет ім. К. І. Сатпаєва”, м. Алмати, Казахстан
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
³Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Radom, Poland
⁴Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
⁵Каспійський університет технології та інжинірингу ім. Ш. Єсенова, м. Актау, Казахстан
⁶Ошський технологічний університет ім. М. Адишева, м. Ош, Киргизстан
*vlad.mechnik2019@gmail.com
**vasylkolod56@gmail.com

Особливості структури поверхні руйнування композита С_алмаз‒(WC‒Co)‒ZrO₂ в результаті дії ударного навантаження (стор. 36-50)

Вивчено ефект впливу добавки мікропорошку ZrO₂ (в інтервалі від 0 до 10 %) на структурні зміни твердосплавної матриці в області руйнування в результаті дії ударного навантаження зразка композиційного алмазовмісного матеріалу (КАМ) 25С_алмаз–70,5WC‒4,5Co (% за масою), сформованого методом іскрового плазмового спікання в діапазоні зміни температури від 20 до 1350 °С за тиску 30 МПа протягом 3 хв. Встановлено, що в зразку КАМ без добавки ZrO₂ структура твердосплавної матриці має вигляд, характерний для крихкого руйнування, про що свідчить гладкий рельєф поверхні руйнування. У цьому випадку руйнування зразка КАМ відбувається через сколювання компонентів твердосплавної матриці, що призводить до зниження його зносостійкості. Введення добавки ZrO₂ у кількості 4 % до складу КАМ викликає зміну структури поверхні руйнування. На поверхні руйнування твердосплавної матриці зразка КАМ утворюються нанопори структурного розміру ~ 100–500 нм внаслідок в’язкого (ямкового) руйнування. Водночас крім утворення ямок на поверхні руйнування твердосплавної матриці відбувається формування сильно розвиненого рельєфу на поверхні алмазного зерна, що є свідченням поліпшення алмазоутримання та підвищення зносостійкості композита. За подальшого збільшення до 10 % добавки ZrO₂ у складі КАМ на поверхнях руйнування твердосплавної матриці і алмазного зерна утворюється більш виражений мікрорельєф з наявністю глибоких ямок і мікротріщин. Запропоновано як оцінку характеристик міцності алмазоутримання використовувати вид рельєфу поверхні руйнування спечених зразків КАМ під час ударного руйнування за кімнатної температури.

Ключові слова: алмазоутримання, композит, склад, карбід вольфраму, кобальт, діоксид цирконію, структура, іскрове плазмове спікання.

 

УДК 621.762.242:546.271

Mehmet Bugdayci^{1, 2,} *, Şeyma Güleç^1
1Yalova University Chemical Engineering Dep., Yalova, Turkey
²Istanbul Medipol University Vocational School Construction Technology Dep., İstanbul, Turkey
*mehmetbug@gmail.com

Вакуумний карботермічний синтез TiB₂ (стор. 51-61)

Досліджено умови утворення TiB₂ карботермічним відновленням за більш низьких температур за допомогою використання вакууму, механічної активації, впливу функціональної добавки, різної тривалості процесу. Визначено оптимальну тривалість процесу – 4 год, оптимальну кількість функціональної добавки – 5 % (за масою) NaCl. Отримані зразки досліджено за допомогою методів сканувальної електронної мікроскопії і енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Показано, що небажані фази було повністю видалено в результаті відновлення, проведеного після 16 год роботи кульового млина, а метод отримання TiB₂ карботермічним відновленням з додатковими процесами є оптимальним.

Ключові слова: TiB₂, карботермічне відновлення, обчислювальна програма FactSage, вакуум, кульовий млин.

 

УДК 621.923.7

Ю. Д. Філатов^1, *, В. І. Сідорко¹, С. В. Ковальов¹, А. Ю. Бояринцев², В. А. Ковальов³, О. Я. Юрчишин^3
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, м. Харків, Україна
³Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
*filatov2045@gmail.com

Розсіювання наночастинок шламу під час полірування полімерних оптичних матеріалів (стор. 62-73)

В результаті дослідження закономірностей взаємодії наночастинок шламу з наночастинками зносу полірувального порошку і притира під час полірування полістиролу, поліметилметакрилату і поліаллілдігліколькарбонату за допомогою дисперсних систем з мікро- і нанопорошків на підставі ab initio розрахунків у відповідності до квантової теорії розсіювання встановлено, що наночастинки шламу пружно розсіюються на наночастинках зносу. Диференціальний переріз розсіювання має максимальне значення за кутів розсіювання 0 і 180°, яке перевершує його значення для інших кутів в 2·10⁴–5·10⁴ разів. Показано, що наночастинки шламу під час полірування рухаються вздовж вісі оптичного резонатора між оброблюваною поверхнею і поверхнею притира і розсіюються тільки вперед і назад. Встановлено, що повний переріз розсіювання наночастинок шламу експоненціально зростає за підвищення їхньої концентрації та суттєво зменшується за збільшення розміру і кінетичної енергії наночастинок. За підвищення добротності резонатора від 7,9 до 105,5 повний переріз розсіювання наночастинок шламу експоненціально зменшується від 120,8 до 0,6 Мб. Показано, що розрахункові значення повного перерізу розсіювання наночастинок шламу з високим ступенем точності корелюють з експериментально визначеною швидкістю видалення матеріалу під час полірування.

Ключові слова: полірування, полімерні матеріали, розсіювання наночастинок, добротність резонатора.

 

УДК 549.517.1:621.923

О. О. Вовк¹, О. В. Волошин¹, Є. В. Слюнін¹, Л. І. Волошина^2, *, С. І. Кривоногов¹, С. В. Ніжанковський^1
1Інститут монокристалів НАН України, м. Харків, Україна
²Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, м. Харьків, Україна
*sil.volyn@gmail.com

Швидкість видалення матеріалу під час обробки сапфіру, легованого титаном (стор. 74-85)

Досліджено вплив вмісту іонів титану у кристалах сапфіру, легованого титаном (Ti:сапфір, до 0,2 % (за масою) Ti), на швидкість знімання матеріалу та шорсткість поверхні на різних етапах її обробки. Встановлено, що ефективність знімання матеріалу зростає зі збільшенням щільності дислокацій в кристалі. З’ясовано, що зі збільшенням вмісту титану у Ti:сапфірі під час шліфування закріпленим абразивом швидкість видалення матеріалу зменшується, а у разі шліфування та полірування вільним абразивом − збільшується через розупорядкування кристалічної структури та погіршення структурної досконалості кристалів. Легування сапфіру титаном призводить до зниження значення параметру шорсткості поверхні кристалів на етапі шліфування.

Ключові слова: сапфір, Ti:сапфір, шліфування, механічне полірування, хіміко-механічне полірування, швидкість видалення матеріалу, шорсткість поверхні.

 

УДК 621.941

С. А. Клименко*, С. Ан. Клименко, М. Ю. Копєйкіна, А. С. Манохін, Ю. О. Мельнійчук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*atmu@meta.ua

Теплові явища на передній поверхні інструмента з PcBN під час точіння загартованої сталі (стор. 86-99)

В роботі представлені результати визначення температури на плямах спалаху на передній поверхні та температури різання під час точіння загартованої сталі інструментом з PcBN групи ВН. На основі експериментальних даних щодо розмірів ділянки контакту стружки з інструментом, її топографічних показників і рівня навантажень на передній поверхні інструмента проведений теоретичний розрахунок температури на плямах спалаху у контактній зоні інструмента. Встановлено, що зміна температури на плямах спалаху зі збільшенням швидкості різання має екстремальний характер: за швидкості різання 2 м/с значення температури перевищує 2000 °С на пластичній та 1000 °С на пружній частинах ділянки контакту. З використанням експериментально-розрахункового підходу визначено температуру різання, яка зростає з підвищенням швидкості різання і досягає 1200 °С. Доведено, що у разі зменшення температури на плямах спалаху за умов обробки зі швидкістю різання більше 2 м/с, інтенсивність наростання температури різання, яка характеризує середню температуру на контактній ділянці інструмента, зменшується.

Ключові слова: температура на плямах спалаху, температура різання, інструмент з PcBN, загартована сталь, напруження, площа і топографія контактної ділянки.

 

УДК 548.1

V. L. Solozhenko
LSPM–CNRS, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse, France
vladimir.solozhenko@univ-paris13.fr

Про кристалічну структуру надтвердого кубічного BC₂N (стор. 100-102)

Кристалохімічним аналізом і точними розрахунками механічних властивостей нещодавно запропонованого кубічного алмазоподібного BC₂N показано, що ця гіпотетична фаза не має відношення до експериментально синтезованого кубічного BC₂N.

Ключові слова надтверді фази B–C–N, структура, твердість, модулі пружності.

 

УДК 621.315

В. І. Часник^1, *, Д. В. Часник², О. М. Кайдаш^3
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
vassiliyiv@gmail.com

Вплив вмісту карбіду кремнію на об’ємний електричний опір вільноспечених композитів AlN–SiC (стор. 103-106)

Повідомлено, що об’ємний електричний опір композитів AlN–SiC зменшується від 1,1∙10⁸ до 3∙10² Ом·см у разі збільшення в них вмісту карбіду кремнію з 20 до 55 % (за масою). В таких композитах за вмісту SiC менше 50 % пористість не перевищує 3 % і не має значного впливу на значення електричного опору. Залежність електричного опору від вмісту SiC є прямою лінією, розташованої під кутом до осі абсцис, якщо значення опору наведені у логарифмічному масштабі.

Ключові слова: вільне спікання, нітрид алюмінію, карбід кремнію, об’ємний електричний опір.