УДК 621.762; 538.9; 539.26

Н. М. Білявина¹, В. З. Туркевич², Д. А. Стратійчук², А. М. Курилюк^1, *, Я. М. Романенко^2
1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, Україна
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*kurylyuk_a2008@ukr.net

Механізми взаємодії між TiC та VN в умовах НРНТ спікання та під час механохімічного синтезу (стор. 3-13)

Розглянуто особливості взаємодії карбіду титану TiC з нітридом ванадію VN в умовах HPHT спікання для використання як зв’язки PcBN композиту системи cBN–TiC–VN–Al складу 60:17,5:17,5:5 % (за об’ємом)), а також під час механохімічного синтезу еквімолярної шихти TiC–VN у високоенергетичному планетарному млині. Показано, що за різними механізмами обидва методи приводять до утворення обмежених твердих розчинів (Ti,V)(C,N) та (V,Ti)N, а саме, через утворення вакансій під час механохімічного синтезу та через дифузійні процеси у разі HPHT спікання. З метою регулювання складу твердого розчину у зв’язці Me^IC–Me^IIN запропоновано проводити спікання PcBN композитів у два етапи, з попередньою тривалою механохімічною обробкою цієї суміші аж до утворення взаємних розчинів.

Ключові слова: PcBN кераміка, спікання за високих тиску та температури, механохімічний синтез, кристалічна структура TiC та VN.

 

УДК 541.16

S. F. Matar¹, V. L. Solozhenko^2, *
¹Lebanese German University (LGU), Sahel Alma, Jounieh, Lebanon
²LSPM–CNRS, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse, France
*vladimir.solozhenko@univ-paris13.fr

Нові надтверді моноклінні алотропи вуглецю, спрогнозовані методом інженерії кристалічної структури та з використанням перших принципів (стор. 14-23)

За допомогою інженерії кристалічних структур запропоновано два нові моноклінних (просторова група C2/c) вуглецевих алотропи m-C₈ з топологіями ths та dia. Алотроп ths побудовано за допомогою тривимірного каширування тригональних вуглецевих одиниць, що відрізняється від каширування тетраедрів C4 у разі dia m-C8. Структурні дослідження було підкріплено розрахунками на основі теорії функціоналу густини структур основного стану та енергетичних властивостей. Широкі дослідження енергій зв’язку, енергетично-об’ємних рівнянь стану, механічних (пружні константи і модулі, твердість) і динамічних (наприклад, фонони) властивостей показали, що нові алотропи є зв’язними і стабільними як механічно, так і динамічно. Хоча вони є метастабільними порівняно з алмазом, їхнє утворення можливе за нерівноважних умов внаслідок альтернативної метастабільної поведінки.

Ключові слова: алотропи вуглецю, теорія функціонала густини, кристалічна структура, топологія, твердість, EOS, фонони, електронна зонна структура.

 

УДК: 548.736

А. В. Бурченя*, В. В. Лисаковський, Т. В. Коваленко, С. О. Івахненко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*burcheniaav@gmail.com

Налаштування процесу охолодження натискних пуансонів шестипуансонного пресу в процесі вирощування монокристалів алмазу (стор. 24-32)

Розглянуто експериментальні можливості охолодження тепловідвідними рідинами на базі дистильованої води натискних твердосплавних пуансонів шестипуансонного преса зусиллям навантаження 6×48,5 МН у процесі вирощуванні структурно досконалих монокристалів алмазу на затравці методом температурного градієнта. Розроблено та виготовлено конструкцію системи охолодження твердосплавних пуансонів з можливістю програмованого регулювання температури натискних пуансонів по показниках їхньої температури за допомогою вибору швидкості протоку холодагенту окремо для кожного з шести контурів охолодження. Експериментально встановлено, що зміна швидкості протоку холодагенту в межах 4–10 л/хв за його температури 18 та 24 ℃ дозволяє змінювати температуру в контрольних точках ростової комірки в межах 18–35 ℃. Зміна умов охолодження твердосплавних пуансонів по заданому алгоритму в процесі вирощування монокристалів алмазу дозволяє підтримувати необхідний розподіл температури в ростовій комірці для забезпечення умов росту структурно досконалих монокристалів алмазу зі збереженням плоскогранних форм росту масою до 20 каратів та більше.

Ключові слова: монокристал алмазу, шестипуансонний апарат високого тиску, метод температурного градієнта.

 

УДК 666.3-84:661:883.1

М. М. Прокопів^1, *, О. В. Харченко¹, М. Є. Чернова^2, **
¹Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна
*keramtex@ukr.net
**myroslava.chernova@nung.edu.ua

Функціонально-градієнтна кераміка на основі ZrС‒Al₂O₃, одержана із екзотермічної суміші 70ZrO₂‒24Al‒6С під час гарячого пресування в контакті з колоїдним графітом (стор. 33-45)

Представлено структуру і властивості функціонально-градієнтної кераміки, яка одержана із екзотермічної суміші 70ZrO₂‒24Al‒6С % (за масою) під час гарячого пресування в контакті з колоїдним графітом. Встановлено, що на поверхні зразка зі структурою, яка включає дві складнолеговані фази: карбідну на основі ZrС та оксидну на основі Al₂O₃ зі співвідношенням 55:45 % (за об’ємом) розміром 2‒15 мкм і дисперсні (1‒3 мкм) включення 10Zr₂Al та 5ZrO_2(М) % (за масою), сформувались два шари з градієнтною структурою. Шар з градієнтною мікроструктурою, що сформувалась на межі з основною мікроструктурою товщиною 1,0‒1,2 мм, включає як складні фази на основі ZrС і Al₂O₃, так і дрібніші (0,5‒2 мкм) включення круглої форми зі співвідноненням 45:55 % (за об’ємом) без дисперсних включень Zr₂Al і ZrO_2(М). Мікротвердість HV15 зразка з градієнтною і основною мікроструктурами становить 19,6 і 16,6 ГПа, а тріщиностійкість K_Ic = 5,5 і 6,2 МПа·м^0,5 відповідно. Зовнішній темний шар товщиною до 0,5 мм, що містить до 50 % (за масою) вуглецю і дисперсних (1‒2 мкм) включень на основі карбіду ZrС і оксиду Al₂O₃, має мікротвердість до 4 ГПа. Різальні пластини з градієнтною мікроструктурою мають перевагу в порівнянні з пластинами з основною мікроструктурою у разі сухого чистового точіння сталі ХВГ (58 HRC), яка збільшується зі збільшенням швидкості різання від 120 до 220 м/хв. Причиною утворення функціонально-градієнтної дрібнозернистої двошарової структури зі зміною хімічного складу і підвищеними різальними властивостями є градієнт температури на поверхні зразка, висока активність алюмокарботермічної хімічної взаємодії у вихідній суміші і часткова міграція під тиском за гарячого пресування розплаву Al і Zr₂Al з основної мікроструктури в контактуючий шар із колоїдного графіту та їхня хімічна взаємодія в атмосфері оксигену.

Ключові слова: екзотермічні суміші, діоксид цирконію, оксид алюмінію, гаряче пресування, функціонально-градієнтна кераміка, мікрострук­тура, властивості, різання, інтенсивність зношування.

 

УДК 620.18:621.9.025:004.932

О. А. Пащенко¹, Є. А. Коровяка^1, *, В. Л. Хоменко¹, О. Ф. Камишацький¹, С. О. Шипунов^1
1Національний технічний університет “Дніпровська політехніка”, м. Дніпро, Україна
*koroviaka.ye.a@nmu.one

Вивчення мікроструктурних властивостей карбід вольфраму-кобальтових композитних матеріалів за допомогою перспективних способів обробки зображень (стор. 46-58)

Розглянуто вплив мікроструктури карбід вольфраму-кобаль­тових (WC–Co) композитів на їхні механічні властивості, такі як твердість і зносостійкість, важливих для ріжучих інструментів і бурового обладнання. Запропоновано інноваційну методику аналізу мікроструктури на основі обробки зображень, що є більш швидкою та економічною альтернативою традиційним методам, таким як растрова електронна мікроскопія (РЕМ) і дифракція рентгенівських променів. Досліджено розподіл частинок карбіду вольфраму, сполучної фази кобальту та пористість за допомогою попередньої обробки зображень, сегментації фаз і кількісного аналізу сканів РЕМ. Отримані результати демонструють високу точність методики визначення ключових характеристик за значного скорочення часу й витрат, сприяють вдосконаленню якості та довговічності WC–Co матеріалів у промислових застосуваннях.

Ключові слова: WC–Co, обробка зображень, мікроструктура, сегментація фаз, пористість, механічні властивості, композитні матеріали.

 

УДК 621.9.048.7:661.657.5

Jialin Liu^{1, 2,} *, Zhibin Lin¹, Yongqian Chen¹, Shirui Guo^{1, 2}, Yinghao Cui^{1, 2}, Xiaolei Li^{1, 2}, Bo Zheng^{1, 2}, Yue Zhao^{1, 2}, Lujun Cui^{1, 2}, Shuai Wang³, Lei Wang⁴, Minghui Gu^{1, 4}, Quanbin Du⁴, Xiaolu Wang^5
1School of Mechatronics Engineering, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, China
²Zhengzhou Key Laboratory of Laser Additive Manufacturing Technology, Zhengzhou, China
³Beijing Dynaflow Lab Solutions Co., Ltd, Beijing, China
⁴Henan Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Equipment Integration for Superhard Materials, Zhengzhou, China
⁵Henan Key Laboratory of General Aviation Technology, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou, China
*liujialin60761@163.com

Механізм видалення матеріалу PcBN за допомогою фемтосекундного лазера (стор. 59-71)

Здійснено порівняння механізмів видалення матеріалу і теплових ефектів нано- і фемтосекундних лазерів на полікристалічному кубічному нітриді бору (PcBN). З використанням наносекундного 35 кГц і фемтосекундного 800 кГц лазерів, проаналізовано морфологію поверхні та фазову еволюцію за допомогою РЕМ, ЕДС і РД. Результати показали, що фемтосекундні лазери переважно видаляють зв’язувальну речовину AlN за допомогою ультракоротких імпульсів – випаровування є переважаючим за енергією імпульсу 0,5 Вт, тоді як руйнування cBN відбувається за 1,3 Вт. Наносекундні лазери індукують фазовий перехід cBN в hBN і отримання шорсткуватої поверхні через накопичення тепла. За потужності 10 Вт фемтосекундного лазера виникають канавки, що мають гладкі стінки, тоді як наносекундні лазери утворюють тріщини і змінюють поверхневі шари. Рентгенографія підтвердила відсутність фази hBN у зонах, оброблених фемтосекундним лазером, але незначні піки hBN у зразках, оброблених наносекундним лазером. Фемтосекундні лазери з високою частотою повторення демонструють чудову продуктивність у мінімізації термічних пошкоджень і підвищенні якості обробки.

Ключові слова: лазерна абляція, фемтосекундний лазер, PcBN, морфологічний аналіз.

 

УДК 621.923.7

Ю. Д. Філатов¹, Т. О. Пріхна¹, А. Ю. Бояринцев², В. І. Сідорко³, С. В. Ковальов^1
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 оптичних поверхонь деталей з міді і алюмінію (стор. 72-83)

В результаті дослідження закономірностей полірування оптичних деталей з міді і алюмінію за допомогою дисперсних систем з мікро- і нанопорошків встановлено, що швидкість знімання оброблюваного матеріалу і інтенсивність зношування полірувального порошку зростають з підвищенням добротності мікрорезонатора, а також зі збільшенням часу життя квантових точок на оброблюваній поверхні й кластерів на поверхні частинок полірувального порошку в збудженому стані, коефіцієнтів об’ємного зносу та найбільш ймовірних розмірів наночастинок шламу і наночастинок зносу полірувального порошку. Показано, що параметри шорсткості Ra, Rq і Rmax полірованих поверхонь лінійно зростають з підвищенням добротності мікрорезонатора. Аналіз залежностей параметра Rz шорсткості полірованих поверхонь і співвідношення η_m/Ra від найбільш ймовірного розміру наночастинок шламу свідчить, що використання дисперсної системи з порошків двооксиду церію під час полірування міді не забезпечує виконання вимог, які висувають до полірованих оптичних поверхонь, а під час полірування алюмінію – не дозволяє досягти достатньої ефективності знімання оброблюваного матеріалу. Обґрунтовано доцільність застосування полірувальної дисперсної системи з мікро- та нанопорошків метаборату міді для полірування оптичних поверхонь деталей з міді і алюмінію, яка забезпечує необхідну шорсткість полірованих поверхонь за високої швидкості знімання оброблюваного матеріалу. Показано, що теоретично розраховані значення швидкості знімання оброблюваного матеріалу під час полірування міді і алюмінію за допомогою дисперсних систем з метаборату міді і двооксиду церію добре узгоджуються з даними експериментального визначення продуктивності полірування за відхилення 2–5 %.

Ключові слова: полірування, метаборат міді, двооксид церію, швидкість знімання матеріалу, інтенсивність зношування полірувального порошку, шорсткість поверхні.

 

УДК 621.923

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

Експлуатаційні показники шліфувального інструменту з алмазними шліфпорошками, отриманими за адгезійно-магнітним сортуванням у рідині (стор. 84-92)

Показано, що застосування відібраних алмазних зерен шліфпорошку АС20 за показниками однорідності, за міцністю та лінійними розмірами з використанням адгезійно-магнітного сортування в рідині є ефективним варіантом підвищення (до 6 разів) зносостійкості алмазних кругів. Використання відібраних із шліфпорошку АС20 алмазних зерен АС32 забезпечує підвищення зносостійкості кругів до 3 разів, а зерен АС50 до 1,5 разів. Тобто, усі досліджені круги з відібраними алмазними зернами мають вищу зносостійкість, ніж круги із суміші вихідних алмазних зерен АС20. Шорсткість оброблюваної поверхні за параметром Ra у разі шліфування кругами з алмазними зернами з різними варіантами адгезійно-магнітного сортування фактично є однаковою. Водночас встановлено, що у разі застосування відібраних зерен АС32 125/100 тримальна здатність шорсткої поверхні, обробленої таким кругом, є найнижчою, і це необхідно враховувати під час їхнього застосування в шліфувальному інструменті.

Ключові слова: адгезійно-магнітне сортування алмазних шліфпорошків, шліфувальний інструмент, шорсткість, експлуатаційні показники.

 

УДК 666.3-135:66.091.3:620.187

Т. О. Пріхна^1, *, П. П. Барвіцький¹, Е. С. Геворкян^2,3, В. Є. Мощіль¹, М. В. Карпець⁴, С. С. Пономарьов⁵, Л. М. Девін¹, С. В. Ричев¹, В. М. Колодніцький¹,М. Руцький², А. С. Локаткіна¹, О. І. Боримський¹, А. А. Марченко¹, Л. О. Полікарпова^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Kazimierz Pułaski University of Technology and Humanities in Radom, Radom, Poland
³Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
⁴Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
⁵Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, м. Київ, Україна
*prikhna@ukr.net

Ультрависокотемпературні композиційні матеріали на основі TaB₂, спечені різними методами (стор. 93-97)

Досліджено процеси спікання TaB₂ і сумішей TaB₂ з 20 і 30 % (за масою) SiC, ZrSi₂ та MoSi₂ в умовах гарячого пресування (ГП), високих тисків і високих температур (ВТ-ВТ), а також TaB₂ і його сумішей з 20 і 30 % (за масою) SiC в умовах електроіскрового спікання (ЕІС). Введення добавок спричиняє утворення твердих розчинів на основі TaB₂ і SiC та нових фаз. Для TaB₂ після ГП твердість за Віккерсом Н_V(9,8 H) = 32,4 ГПа, після ЕІС – Н_V(49 H) = 20,8 ГПа, а тріщиностійкість K_Ic (49 H) = 7,6 MПа·м^0,5. Істотно покращити модуль Юнга з 532 до 853 ГПа вдалося додаванням 20 % (за масою) SiC після ГП. Спіканням сумішей TaB₂ з 30 % (за масою) SiC одержано матеріали з Н_V(9,8 H) = 39,4 ГПа і K_Ic(9,8 H) = 6,75 MПа·м^0,5(ВТ-ВТ) та Н_V(49 H) = 25,4 ГПа і K_Ic(49 H) = 10,8 MПа·м^0,5(ЕІС).

Ключові слова: ультрависокотемпературна кераміка, гаряче пресування, високі тиски-високі температури, електроіскрове спікання, мікротвердість, тріщиностійкість, модуль Юнга.