УДК 621.922.079

В. І. Кущ*, О. П. Подоба, С. В. Шмегера, О. О. Бочечка
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*vkushch56@gmail.com

Вплив ізотопного складу, розміру кристалів, термічного опору міжзеренних границь і температури на теплопровідність алмазних нанополікристалів і нанокомпозитів (стор. 3-16)

Проведено огляд та порівняльний аналіз наявних підходів, методів і результатів дослідження теплопровідності наноструктурованих твердих тіл. Розроблено теоретичні моделі для прогнозування ефективної теплопровідності нанополікристалів і нанокомпозитів з недосконалими міжзеренними границями з урахуванням ізотопного складу, розміру кристалів, термічного опору границь розділу і температури. Підґрунтям цих моделей є сучасні уявлення про фізичні механізми ґраткового теплопереносу в ковалентних кристалах та розсіяння фононів на структурних дефектах. Розвинута теорія дає простий метод оцінки теплопровідності нанокомпозитів і дає розуміння провідних чинників теплопереносу в кристалічних структурах на наномасштабному рівні. Порівняння з дослідними даними свідчить про адекватність моделі та її застосовність до прогнозування теплопровідності реальних (зокрема, алмазовмісних) нанополікристалів і нанокомпозитів.

Ключові слова: алмаз, нанополікристал, нанокомпозит, міжзеренна границя, теплопровідність, теоретична модель.

 

УДК 541.16

S. F. Matar
Lebanese German University (LGU), Computational Materials and Molecular Science (CMMS), Sahel-Alma, Keserwan, Lebanon
s.matar@lgu.edu.lb

Об’ємноцентрований тетрагональний псевдоалмаз C₂₀: кристалохімія та дослідження фізичних властивостей з перших принципів (стор. 17-25)

Розширення дослідження G2D-подібних змін вуглецевих кристалічних систем від “графіту до алмазу”, що передбачають 2D-планарну тригональну C(sp²)-подібну укладку до 3D-тетраедричної sp³-подібної, до 3D-триго­нальної ® тетраедричної трансформації, дозволило з кристалохімічних підходів розробити оригінальний об’ємноцентрований тетрагональний (ОЦT) алотроп C₂₀ з топологією алмазу. Продемонстровано, що він подібний до алмазу за всіма фізичними властивостями: когезійними, механічними, динамічними і тепловими. Дослідження базувалися на кристалохімічних обґрунтуваннях і дослідженнях з перших принципів в рамках теорії функціонала густини, результати було порівняно з наявними експериментальними спостереженнями. Комплексна оцінка результатів дозволила присвоїти ОЦT C₂₀ маркування “псевдоалмаз”.

Ключові слова: алотропи вуглецю, теорії функціонала густини, твердість, фонони, електронна структура.

 

УДК 622.24.051:536.2

В. А. Дутка*, А. Л. Майстренко, В. М. Колодніцький**
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*vadutka@ukr.net
**vasylkolod56@gmail.com

Комп’ютерне дослідження впливу параметрів високошвидкісного спікання під тиском на ущільнення та ріст зерна матеріалу на основі карбіду бору (стор. 26-39)

Виконано комп’ютерне дослідження впливу витримки за високої температури, температури спікання і тиску на кінетику ущільнення та росту зерна порошкових сумішей мікронного діапазону на основі карбіду бору під час високошвидкісного спікання під тиском (ВШСТ) 250–1200 МПа з використанням комп’ютерних моделей електронагріву та ущільнення. Модель ущільнення базується на теорії Скорохода–Олевського–Штерна спікання пористих матеріалів і враховує кінетику росту зерен в процесі спікання. Показано, що вибором температури спікання, тривалості витримки і тиску під час ВШСТ матеріалів на основі карбіду бору можна керувати процесом ущільнення та росту зерна, а саме: зменшити тривалість повного ущільнення зразка, суттєво обмежити ріст зерна і отримувати щільну структуру матеріалу спеченого зразка. Встановлено, що за низькотемпературних режимів ВШСТ зі збільшенням тиску від 250 до 1200 МПа швидкість ущільнення суттєво зростає, а тривалість повного ущільнення зразка зменшується в 2–3 рази. Зокрема, під час ВШСТ за рахунок вибору швидкості нагріву і тиску можна скоротити тривалість ущільнення зразка в 2–3 рази порівняно з електроплазмовим спіканням під тиском до 100 МПа та забезпечити відсутність росту зерна.

Ключові слова: карбід бору, швидкісне спікання під тиском, ущільнення, ріст зерна, моделювання.

 

УДК 621.9.02

С. А. Клименко, А. С. Манохін*, С. Ан. Клименко, Ю. О. Мельнійчук, В. В. Білорусець, С. П. Старик, А. О. Чумак, М. Ю. Копєйкіна, С. В. Рябченко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*the.manokhin@gmail.com

Визначення залишкових напружень в захисних покриттях на підкладці із ПКНБ (стор. 40-48)

Вдосконалено розрахунково-дослідний підхід до оцінки залишкових напружень у тонких вакуум-плазмових захисних покриттях на інструментах із ПКНБ з врахуванням термічної та структурної складових, які виникають під час їхнього формування. Проведено розрахунок напружень у покритті TiNbN з урахуванням експериментальних даних щодо деформації модельного зразка – тонкої сталевої пластини, виділено структурно- та термічно-обумовлені компоненти залишкових напружень у покритті. Знайдено функціональну залежність між прогином зразка, температурою нанесення покриття, модулем Юнга та залишковими напруженнями в покритті. З використанням даних, отриманих на модельних зразках, визначено залишкові напруження в покритті, нанесеному на підложку із ПКНБ інструментального призначення торгової марки “Борсиніт”. Абсолютні значення сумарних залишкових напружень зі збільшенням товщини покриття від 1 до 2,5 мкм суттєво зростають, досягаючи 1,9 ГПа. Показано, що залишкові напруження є безпечними з точки зору можливого когезійного руйнування покриття.

Ключові слова: захисне покриття, залишкові напруження, термічна та структурна складові, моделювання, ПКНБ.

 

УДК 620.22–419:539.4

Zhang Xiaoli^{1, 3,} *, Wei Li¹, Wang Yanbin¹, Liu Jiahui¹, Wang Zhuo¹, Ye Tengfei², Zheng Jiaqi¹, Zhang Yikang¹, Chen Zhangjing⁴, Jiang Zongheng^3
1School of Materials and Chemical Engineering, Zhongyuan University of Technology, ZhengZhou, China
²Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co. Ltd, ZhengZhou, China
³Institute of Materials Research & Engineering (IMRE), A*STAR, Fusionopolis Wy, Singapore
⁴Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, USA
*karer2004@163.com

Вплив умов підготовки та збільшення вмісту Al на міцність на вигин та зносостійкість надтвердого композита Mo(Si,Al)₂–cBN (стор. 49-62)

Розроблено і успішно виготовлено надтвердий композит Mo(Si,Al)₂–cBN у низькотемпературному інфільтруючому розплаві алюмінію за температури 975 °C протягом 20 хв, щоби компенсувати недоліки низької температури розкладання та стійкості до окислення, а також високої температури приготування існуючого композита cBN/MAX. Рентгеноструктурний аналіз показав, що основною фазою надтвердого композита Mo(Si,Al)₂–cBN були сформований in-situ Mo(Si,Al)₂ та залишок cBN, водночас вакуум був більш сприятливим для отримання високої щільності і лінійної усадки, а залежність між тиском формування і усадкою цього композита у вакуумі мала параболічну форму. Збільшення вмісту інфільтрованого Al сприяло підвищенню міцності на вигин, коли вміст Al збільшився до того ж рівня, що і в надтвердих матеріалах c-BN/Al, – 2,86 % (ат.) або 9,8 % (за об’ємом), міцність на вигин надтвердого композита Mo(Si,Al)₂–cBN досягла найвищого значення. Крім того, надтвердий матеріал на основі кераміки Mo(Si,Al)₂–cBN має відмінні зносостійкі властивості, які були оцінені за допомогою експерименту з тертя та зносу між контршліфувальним кільцем з W₁₈Cr₄V та підготовленим блоком з кераміки Mo(Si,Al)₂–cBN в моделі сухого тертя з навантаженням 49 Н.

Ключові слова: надтвердий композит Mo(Si,Al)₂–cBN, інфільтрація розплаву, міцність на вигин, зносостійкість, збільшення вмісту Al, низька вартість.

 

УДК 621.923.7

Ю. Д. Філатов^1, *, Т. О. Пріхна¹, А. Ю. Бояринцев², В. І. Сідорко³, С. В. Ковальов¹, І. А. Рибалка^2
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
*filatov2045@gmail.com

Полірування деталей оптотехніки зі скла, напівпровідників і міді (стор. 63-75)

В результаті дослідження закономірностей знімання оброблюваного матеріалу і формування нанопрофілю полірованої поверхні під час полірування деталей оптотехніки зі скла, напівпровідників і міді за допомогою дисперсних систем з мікро- і нанопорошків встановлено, що утворення наночастинок шламу внаслідок передачі енергії від частинок полірувального порошку до оброблюваної поверхні, відбувається за механізмом FRET у випадку скла, або QD-FRET, опосередкованого квантовими точками, які утворюються на поверхнях напівпровідників і міді. Показано, що швидкість знімання оброблюваного матеріалу зменшується за підвищення енергії зв’язку скла, або ефективної ширини забороненої зони квантових точок напівпровідників чи оксидів міді, що утворюються на її поверхні, а залежності енергії наночастинок шламу від їхнього найбільш ймовірного розміру описуються лінійною функцією для К8 і ПММА або параболічною функцією для Ge, InSb і міді. Встановлено, що швидкість знімання оброблюваного матеріалу під час полірування деталей оптотехніки з оптичного скла марки К8, поліметилметакрилату, германію, антимоніду індію і міді лінійно зростає за підвищення добротності мікрорезонатора і часу життя збудженого стану кластерів чи квантових точок оброблюваної поверхні відповідно до загальних закономірностей полірування. Показано, що параметри шорсткості полірованих поверхонь Ra, Rq, Rmax і Rz разом зі швидкістю знімання оброблюваного матеріалу можна використовувати в якості критерію оцінки ефективності полірування. Показано також, що результати теоретичного розрахунку швидкості знімання оброблюваного матеріалу добре узгоджується з даними експериментального визначення продуктивності полірування скла, напівпровідникових кристалів і міді за відхилення 2–5 %.

Ключові слова: полірування, квантові точки (КТ), ферстерівське резонансне перенесення енергії (FRET), швидкість знімання матеріалу (MRR), шорсткість поверхні.

 

УДК 621.9.025.77:615.46:616.728

С. В. Сохань*, В. В. Возний, В. Г. Сороченко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*svsokh@gmail.com

Алмазне шліфування керамічних куль з базуванням у канавці й круговою подачею з коливанням (стор. 76-91)

Для алмазного шліфування керамічних куль з нітриду кремнію з базуванням у канавці й круговою подачею з коливанням представлено результати експериментального дослідження впливу режиму обробки на точність форми куль і форму зношеної поверхні алмазного круга. Показниками точності форми шліфованих куль були непостійність діаметра кулі й форм-фактор круглограми кулі, а форми зношеної поверхні круга – кут нахилу й коефіцієнт кривини лінії профілю робочої поверхні у радіальному напрямку. Означений вплив описано адекватними лінійними функціями показників процесу від частоти обертання алмазного круга й кругової подачі куль. Визначено кінематичні параметри режиму обробки, за яких застосування дослідженої схеми шліфування куль є доцільним.

Ключові слова: керамічні кулі з нітриду кремнію, алмазне шліфування, режим обробки, непостійність діаметра кулі, форм-фактор круглограми, форма зношеної поверхні круга.

 

УДК 621.923

В. І. Лавріненко^1, *, В. В. Смоквина^1, **, Г. Д. Ільницька¹, Н. О. Олійник¹, Г. А. Базалій¹, В. Ю. Солод^2, ***
¹Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Дніпровський державний технічний університет МОН України, м. Кам’янське, Україна
*lavrinen52@gmail.com
**v.smokvyna@gmail.com
***v_solod@ukr.net

Експлуатаційні показники шліфувального інструменту із алмазними шліфпорошками після флотаційного розділення (стор. 92-99)

Досліджено флотаційне розділення алмазних шліфпорошків, де частина зерен шліфпорошку синтетичного алмазу разом із бульбашками повітря виносилися у поверхневий шар (“пінний” продукт), а інша частина зерен алмазів, які краще змочувалися водою, залишалися в камері флотомашини (“камерний” продукт). Показано, що алмази “пінного” продукту, на відміну від вихідних і “камерного”, мають більший показник міцності зерен і однорідність за міцністю та найменшу масову частку домішок і питому магнітну сприйнятливість. Для збільшення зносостійкості алмазного кругу найбільш ефективним є застосування саме “пінного” продукту, причому з підвищенням продуктивності шліфування така ефективність зростає. Виявлено, що застосування інструменту з алмазними порошками після флотаційного розділення (“пінного” і “камерного” продуктів) дозволяє досягти меншого показника шорсткості Ra, ніж у разі застосування інструменту з вихідними алмазними порошками. Водночас, наповненість шліфованої шорсткої поверхні за таким параметром кривої опорної поверхні, як t50 свідчить про те, що цей показник для різних варіантів застосування інструменту з порошками алмазу після флотаційного сортування є вищим, ніж з порошками у вихідному стані.

Ключові слова: флотаційне розділення алмазних шліфпорошків, “пінний” та “камерний” продукти, шліфувальний інструмент, експлуатаційні показники.

 

УДК 546.22/.27

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

Плавлення боровмісних халькогенідів B₁₂S і B₁₂Se під тиском (стор. 100-102)

Плавлення боровмісних халькогенідів, ромбоедричних B₁₂S і B₁₂Se, досліджено за тисків до 8 ГПа за допомогою вимірювань електричного опору in situ. Виявлено, що вище 2,5 ГПа обидва халькогеніди плавляться конгруентно. Крива плавлення B₁₂Se має від’ємний нахил –30(3) К/ГПа, що вказує на вищу густину розплаву порівняно з твердою фазою, тоді як для B₁₂S спостерігали надто незвичний нульовий нахил –1(2) К/ГПа. Температури плавлення за атмосферного тиску були оцінені як 2270(7) К для B₁₂S і 2250(16) К для B₁₂Se.

Ключові слова: халькогеніди бору, плавлення, високий тиск, висока температура.

 

УДК 666.3-135:539.219.2

Т. О. Пріхна^1, *, X. Унсал^2, **, П. П. Барвіцький¹, В. Є. Мощіль^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Institute of Inorganic Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovak Republic
*prikhna@ukr.net
**hakan.unsal@savba.sk

Випробування на абляцію гарячопресованої ультрависокотемпературної HfB₂ та HfB₂–SiC кераміки (стор. 103-106)

Тести на абляцію на повітрі зразків ультрависокотемператур­ної гарячепресованої кераміки на основі HfB₂ та HfB₂–SiC під час нагріву полум’ям пальника, у яку подавали суміш O₂/C₂H₂, а відстань до поверхні зразка становила 13 мм, показали, що кераміка HfB₂ з добавкою 30 % (за масою) SiC зернистістю 30–50 та 5–10 мкм із втратою маси 0,25 мг/с виявилась істотно стійкішою (до 2066–2080 °С), ніж кераміка з HfB₂ без добавок, що тріснула за температури 1870 °С. Значення тріщиностійкості у всіх досліджених матеріалів були сумірними, а значення твердості дещо вищими у композитів HfB₂–SiC.

Ключові слова: ультрависокотемпературна кераміка, HfB₂, HfB₂–SiC, абляція, композити, гаряче пресування, мікротвердість, тріщиностійкість.