УДК 621.921.343

О. А. Щерецький^1, *, В. О. Щерецький¹, Д. А. Стратійчук², В. З. Туркевич^2, **, О. С. Осіпов^2
1Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*07shch@ukr.net
**vturk@ism.kiev.ua

Вплив кисню на взаємодію високоентропійного сплаву (NiFeCoCrTiAl) з кубічним нітридом бору (стор. 3-18)

Досліджено термодинамічні аспекти взаємодії високоентропійних сплавів (ВЕС) системи Ni–Fe–Co–Cr–Ti–Al з кубічним нітридом бору (cBN) за високих температур у середовищі з киснем і без нього. Використано CALPHAD-моделювання та літературні дані для оцінки температурної залежності зміни енергії Гіббса реакцій утворення нітридів, боридів та оксидів. Показано, що присутність кисню суттєво змінює термодинамічні умови перебігу реакцій, зокрема знижує ймовірність прямої взаємодії Ti та Al з cBN за рахунок формування оксидних фаз. Порівняльний аналіз з реакціями чистих металів вказує на знижену активність Ti та Al у складі ВЕС, що узгоджується з результатами CALPHAD-розрахунків. Виконані експериментальні високотемпературні дослідження методом синхронного термічного аналізу в повній мірі підтвердили термодинамічні розрахунки. Отримані результати можуть бути використані для розробки складів високоентропійних сплавів у разі застосування в композиційних матеріалах на основі cBN.

Ключові слова: високоентропійні сплави, CALPHAD-моделю­вання, термодинамічні розрахунки, енергія Гіббса, кубічний нітрид бору.

 

УДК 666.3-135:66.091.3:620.187

П. П. Барвіцький¹, Т. О. Пріхна^1, *, X. Унсал^2, **, В. Є. Мощіль¹, М. Гірчак², П. Татарко², М. В. Карпець³, А. С. Локаткіна¹, В. М. Колодніцький¹, В. В. Білорусець¹, С. С. Пономарьов⁴, Л. М. Девін¹, С. В. Ричев¹, О. В. Присяжна¹, А. А. Марченко^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Institute of Inorganic Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovakia
³Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
⁴Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, м. Київ, Україна
*prikhna@ukr.net
**hakan.unsal@savba.sk

Вплив вмісту та фізико-хімічних властивостей SiC на жаростійкість і механічні характеристики ультрависокотемпературних HfB₂–SiC композитів, одержаних методом гарячого пресування (стор. 19-32)

Досліджено вплив вмісту добавки SiC до HfB₂ та її фізико-меха-нічних властивостей (морфології і розмірів зерен порошків SiC, кількості і хімічного складу присутніх у них домішок, кристалічної структури 6Н чи b) на рівень ущільнення одержуваних методом гарячого пресування ультрависокотемпературних HfB₂–SiC композитів, їхні механічні властивості (твердість, тріщиностійкість, модуль Юнга), а також жаростійкість (стійкість до абляції) під час нагрівання на повітрі до високих температур газовим пальником. Мікротвердість за Віккерсом H_V та тріщиностійкість K_Ic кращого з розроблених композитів становили відповідно H_V = 38,6±2,5 ГПа і K_Ic = 7,7±0,9 МПа м^0,5 (після навантаження на індентор 9,8 Н), а модуль Юнга – 510 ГПа. Даний композит було виготовлено із суміші HfB₂–30 % (за масою) SiC (5–10 мкм) за допомогою гарячого пресування (під тиском 30 МПа, 1950 °С, 30 хв) і він мав густину 6,54 г/см³. Дослідження стійкості до абляції на повітрі гарячепресованих зразків HfB₂ та HfB₂–SiC, нагрітих газовим пальником, показали, що кераміка HfB₂ з додаванням 30 % (за масою) SiC зі середніми розмірами зерен 30–50 мкм (уламкові зерна з гострими краями з наближеною стехіометрію SiC_1,6O_0,1, 6_H SiC) та 5–10 мкм (монокристалічні зерна з гіперкубічною формою, близькою до сферичної, практично без домішок, з наближеною стехіометрією SiC_1,5, b-SiC) є значно жаростійкішою – стійкою до температур 2766 та 2780 °C, відповідно (за втрати маси 0,25 мг/с), ніж кераміка HfB₂ без добавок, зразки якої розтріскувалися вже за температури 1870 °C, а також стійкішою за композиційну кераміку HfB₂–30 % (за масою) SiC, виготовлену з додаванням SiC з гострими уламковими зернами розміром 1 мкм (з пластинчастою або сильно витягнутою в одному напрямку формою зерен, з наближеною стехіометрією SiC_4,6O_0,75, 6H-SiC) або 3–10 мкм (з наближеною стехіометрією SiC_2,3O_0,25, 6H-SiC), що розтріскувалася вже за температури 1787 та 1455 °С відповідно. Кращу жаростійкість (або стійкість до абляції) кераміки HfB₂–SiC з додаванням певних типів SiC можна пояснити більшими значеннями твердості та модуля Юнга, формуванням твердих розчинів на основі фаз HfB₂ і SiC з незначною кількістю домішкового кисню і розподілом присутніх фаз в об’ємі композита.

Ключові слова: ультрависокотемпературні композити HfB2–SiC, гаряче пресування, мікротвердість, тріщиностійкість, модуль Юнга, жаростійкість (стійкість до абляції).

 

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

Нові високосиметричні надтверді алотропи C₄₈ і C₃₂ з оригінальною топологією: кристалічна інженерія та дослідження з перших принципів (стор. 33-41)

Запропоновано нові високосиметричні об’ємноцентровані алотропи вуглецю: кубічний C₄₈ і тетрагональний C₃₂ з відповідними оригінальними топологіями “ana” і “ukc”. Розроблені на основі інженерії кристалічної структури, їхні структури основного стану та фізичні властивості, які обумовлені енергією, було тримано з достатньою точністю з розрахунків квантової механіки в рамках теорії функціонала густини. Обидва алотропи, що складаються з викривлених тетраедричних C4-структур, виявилися щільними з r = 3,50 г/см³. Ці алотропи мають когезивні, хоча і метастабільні структури основного стану, порівняно з алмазом, і демонструють стабільність з механічного (пружні властивості), динамічного (фононні структури зон) та термодинамічного погляду, що свідчить про зв’язок з експериментальними дискретними результатами C_V = f(T) для алмазу. Значення твердості за Віккерсом H_V(C₄₈) = 47 ГПа та H_V(C₃₂) = 59 ГПа вказує, що матеріали є надтвердими. Електронні структури смуг варіюються від великої прямої ширини забороненої зони ~ 5 еВ для C₄₈ до непрямої ширини забороненої зони ~ 2,5 еВ для напівпровідникового C₃₂. Такі відкриття оригінальних алотропів з цільовими фізичними властивостями неодмінно збагатять сферу досліджень алотропів вуглецю, особливо високосиметричних.

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

 

УДК 621.793.1:661.657.5

Yufei Jiang¹, Lili Fang^1, *, Jianjun Wang¹, Weifei Yang², Kun Zhang^1
1Zhengzhou Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Materials and Devices, and School of Physics and Optoelectronic Engineering, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, Henan, China
²HENAN KENEX Tool Co., Ltd., Zhengzhou, China
*hnzzfll@126.com

Підвищена термічна стабільність завдяки покриттю Ti–Cu на поверхні частинок cBN методом вакуумного осадження з газової фази (стор. 42-51)

Досліджено титано-мідні (Ti–Cu) покриття, нанесені на поверхні частинок cBN за допомогою методів вакуумного осадження з газової фази. Експериментальні дані показали, що покриття Ti–Cu мають значно кращу термічну стабільність за підвищених (750 °C) температур порівняно зі звичайними покриттями з титану. Цей прогрес є результатом синергічної інтеграції точного керування процесом вакуумного осадження з притаманними перевагами композитних матеріалів Ti–Cu та пропонує багатообіцяючі рішення для абразивних інструментів наступного покоління, таких як шліфувальні круги та ріжучі інструменти.

Ключові слова: кубічний нітрид бору (cBN), покриття Ti–Cu, механізми, термічна стабільність.

 

УДК 661.868.1:004.94:62-987

О. П. Людвіченко^1, *, О. О. Лєщук¹, І. А. Петруша¹, С. О. Гордєєв¹, Б. С. Садовий^{2, 3}, П. С. Садовий², Ю. І. Садова¹, А. С. Ніколенко⁴, В. З. Туркевич¹, С. Поровскі², І. Гжегори^2
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут фізики високого тиску ПАН, м. Варшава, Польша
³Львівський національний університет ім. І. Франка, м. Львів, Україна
⁴Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, м. Київ, Україна
*ludvial@ukr.net

HPHT кристалізація GaN: моделювання та експериментальні дослідження (стор. 52-66)

З використанням комп’ютерного моделювання оптимізовано процес резистивного нагрівання комірки апарата високого тиску (АВТ), призначеної для вирощування кристалів GaN із розчин-розплаву Fe–Ga–N в умовах високого тиску і високої температури (HPHT) методом температурного градієнта. Тепловий стан апарата змодельовано розв’язанням зв’язаної задачі електро- і теплопровідності з використанням методу скінченних елементів. Моделювання визначає просторовий розподіл температури та градієнта температури в експериментальній комірці. У результаті комп’ютерної оптимізації теплового стану комірки АВТ типу “тороїд-40” синтезовано полікристалічний GaN з розчин-розплаву Fe–Ga–N. Зі зменшенням осьового градієнта температури в кристалізаційному об’ємі від 13 до 1,5 °C/мм отримано ріст пелюсткоподібних монокристалів GaN. Зафіксовані швидкості росту кристалів змінювалися від 40 до 250 мкм/год.

Ключові слова: нітрид ґалію, апарат високого тиску, кристалізаційний об’єм, тепловий стан, резистивне нагрівання.

 

УДК 621.315

В. І. Омеляненко¹, І. П. Фесенко^1, *, Л. О. Романко¹, С. П. Старик¹, О. М. Кайдаш¹, Г. С. Олєйник², В. І. Часник³, В. М. Колодніцький¹, Г. П. Захарчук^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, м. Київ, Україна
³Державне підприємство НДІ “Оріон”, м. Київ, Україна
*igorfesenko@ukr.net

Структура, теплопровідність та питомий електричний опір композиційного матеріалу нітрид алюмінію–нітрид титану в області перколяції (стор. 67-76)

Досліджено структурні особливості, тепло- та електрофізичні характеристики вільноспеченого композиційного матеріалу AlN–TiN з високими концентраціями нітриду титану. Зроблено аналіз структури одержаних композитів, їхньої теплопровідності та різкої зміни електричного опору в області перколяції.

Ключові слова: нітрид алюмінію, нітрид титану, вільне спікання, мікроструктура, теплопровідність, електричний опір.

 

УДК 621.9.025.77:615.46:616.728

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

Ефективність алмазного шліфування керамічних куль (стор. 77-90)

Для алмазного шліфування керамічних куль з нітриду кремнію розглянуто переваги й недоліки ведення процесу з базуванням куль на площині й у канавці V-подібного профілю за кругової подачі куль як за відсутності, так і за наявності їхньої осциляції. Доведено доцільність шліфування куль з базуванням останніх у канавці й круговою подачею за відсутності їхньої осциляції і на певних режимах обробки для збереження плоскої форми алмазного круга або усунення увігнутості його поверхні. Запропоновано підвищити ефективність алмазного шліфування керамічних куль завдяки переходу на ведення процесу зі зміною як схеми базування куль, так і особливостей кругової подачі останніх, та застосовування також відповідних режимів обробки.

Ключові слова: керамічні кулі з нітриду кремнію, алмазне шліфування, базування куль для обробки, режими обробки, осциляція куль під час кругової подачі, форма поверхні алмазного круга.

 

УДК 622.24.051:536.2

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

Ефективна модель теплових процесів під час зварювання тертям з перемішуванням жаростійких сплавів інструментом з надтвердих матеріалів (стор. 91-105)

Побудовано ефективну комп’ютерну модель теплових процесів під час зварювання тертям з перемішуванням (ЗТП) жаростійких сплавів інструментом із надтвердих матеріалів. Модель складається тільки з функціонального елемента і зварюваних (з’єднуваних) деталей (пластин) з відповідними граничними умовами на поверхнях елементів цієї моделі. Граничні умови було вибрано за результатами комп’ютерних експериментів із використанням повної моделі, яка складається з функціонального елемента, його оснащення, зварюваних деталей та опорної пластини. Обґрунтовано вибір граничних умов для ефективної моделі на поверхнях контакту її елементів з іншими елементами устаткування для ЗТП та за розподілом теплового потоку на поверхні зварюваних деталей, який прямує в опорну пластину. Показано, що в існуючих спрощених моделях неврахування розподілу теплового потоку призводить до суттєвих похибок у результаті обчислення розподілу температурного поля у зварюваних деталях. З використанням ефективної моделі час обчислень зменшується у 2–2,5 раза порівняно із використанням розширеної моделі. За результатами чисельних експериментів визначено значення параметрів процесу ЗТП, за яких можливо забезпечити термостійкість інструменту з кибориту в процесі ЗТП.

Ключові слова: зварювання тертям з перемішуванням, жароміцні сплави, інструмент із кибориту, теплові процеси, моделювання.