УДК 621.921.343

Д. А. Стратійчук^1, *, Н. М. Білявина², В. З. Туркевич¹, C. П. Старик¹, Я. М. Романенко^1
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 

Вплив Ni, Co, W на реакційне спікання cBN-композитів (стор. 3-15)

Досліджено хімічну взаємодію компонентів та процесів реакційного спікання в умовах високих тисків та температур (р = 7,7 ГПа, Т = 2200 °С) для надтвердих композитів ВН- та BL-групи в системах cBN–Ме та cBN–ТіСN–Ме, де Ме – Ni_рід., Co_рід., W_тв. із вмістом 30 % (за об’ємом). Встановлено, що за час спікання 60 с хімічна взаємодія між компонентами шихти в системах cBN–Ме фактично відсутня, водночас для композитів систем cBN–ТіСN–Ме зафіксовано утворення невеликої (1–3 % (за об’ємом)) кількості додаткових фаз (Ni₃B або Co₃B, W₂B, W₂C). Для всіх систем сформована металокераміка має нульову пористість та монолітну однорідну мікроструктуру, в якій збережена вихідна морфологія зерен cBN. Показники модуля Юнга знаходяться в діапазоні 370–427 ГПа, а значення твердості за Віккерсом складають 18–25 ГПа.

Ключові слова: НРНТ-технологія, TiCN, cBN-кераміка ВН- та BL-групи, рідкофазне спікання, мікропорошки Ni, Co, W, тверді розчини.

 

УДК 666.3:539.5

Т. Б. Сербенюк^1, *, Т. О. Пріхна¹, В. Б. Свердун¹, В. Є. Мощіль¹, М. В. Карпець^{1, 2}, А. А. Марченко¹, В. В. Білорусець¹, С. П. Старик^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
*serbenuk@ukr.net

Дослідження структури та механічних властивостей композиційних керамічних матеріалів AlN–С–TiB₂ (стор. 16-23)

Досліджено особливості структуроутворення та механічні властивості композиційного керамічного матеріалу AlN–С–TiB₂ із вмістом 2 % (за масою) порошку алмазу та 13 % (за масою) TiB₂, призначеного для застосування в області вакуумної електроніки. Зразки композитів спікали методом гарячого пресування за температури 1900 °C та тиску 20 МПа. За допомогою структурних та рентгенофазових досліджень у структурі матеріалу виявлено фази AlN, Al₃(O, N)₄, TiB₂, TiC, Y₃Al₅O₁₂, C (графіт). Під час дослідження механічних властивостей встановлено, що твердість за Віккерсом досліджуваних композиційних матеріалів становить 12,5±0,44 ГПа за навантаження на індентор 9,8 Н. У разі збільшення навантаження на індентор до 49 Н відбувається утворення тріщин, а значення тріщиностійкості за такої умови становить 5,82±0,11 МПа·м^0,5.

Ключові слова: композиційний матеріал, AlN, порошок алмазу, TiB₂, механічні властивості, структура.

 

УДК 669.018.25:621.762.5

О. О. Матвійчук^1, *, П. М. Присяжнюк², В. О. Коцюбинський³, В. В.Татарин³, Л. Я. Роп’як², І. В. Савчук¹, В. З. Туркевич^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна
³Карпатський національний університет ім. В. Стефаника,м. Івано-Франківськ, Україна
*o.o.matviichuk@gmail.com

Дослідження механічних властивостей твердих розчинів (Tі,W)C з перших принципів (стор. 24-40)

Досліджено фазову стабільність, механічні властивості та електронну структуру твердих розчинів (Ti,W)C за допомогою обчислювальних методів – теорії функціонала густини та метода розширення кластерів, вивчено варіацій складу та вплив на їхні властивості. Показано, що Ti_0,5W_0,5C демонструє вищу термодинамічну стабільність, тоді як проміжні склади, такі як Ti_0,67W_0,33C, досягають пікової (~ 33 ГПа) твердості завдяки синергетичному ефекту ковалентних зв’язків Ti–C та металічних зв’язків W–C. Аналіз електронної структури виявив гібридизований характер зв’язків, що надає механічну стійкість і термічну стабільність матеріалу. Введення вольфраму демонструє помітний вплив на пружні та коливальні властивості, підвищує модуль об’ємної пружності та забезпечує можливість цілеспрямованого керування властивостями матеріалу. Отримані результати надають важливі наукові підґрунтя для розроблення високоефективних матеріалів, призначених для застосування в обробці різанням, зносостійких покриттях і конструкційних елементах.

Ключові слова: карбід титану; карбід вольфраму; тверді розчини; фазова стабільність; механічні властивості; електронна структура; розширення кластерів.

 

УДК 621.794.4:621.921.34-408

 

Chang Hong Sun^{1, 2,} *, Zi Yang Ding^{1, 2}, Cui Lyu³,Bao Yan Liang^3
1College of Advanced Materials Engineering, Zhengzhou Technical College, Zhengzhou, P.R. China
²Henan Engineering Research Center of Intelligent Manufacturing of Diamond Materials, Zhengzhou, P.R. China
³School of Materials Electronics and Energy Storage, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P.R. China
*changhong183@126.com

 

Розробка синергетичної системи травлення на основі високоекзотермічної реакції Fe₂O₃–Si та її механізм у травленні поверхні алмазу (стор. 41-53)

Досліджено особливості, механізм та ефективність травлення алмазу за допомогою кремнієво-термічного методу, а також проведено порівняння з прямим травленням за допомогою чистих порошків Fe або Fe₂O₃. Рентгенодифрактометричний, скануючий електронно-мікроскопічний та термодинамічні аналізи показали, що система кремнієво-термічної реакції Fe₂O₃–Si, завдяки своєму сильному екзотермічному ефекту (ΔH ≈ –1070 кДж/моль) in-situ за високих температур генерувала активне середовище травлення, зосереджене на Fe та FeO, що супроводжувалося утворенням силікатів. Разом вони створили динамічне середовище травлення, яке описують як “багатофазне сполучення каталізу–розчинення–міграції, кероване високою ентальпією”. Введення CaO додатково привело до утворення Ca₂SiO₄, що значно посилило ефект травлення через стабілізацію фази FeO та поліпшення масопереносу, зокрема завдяки індукуванню складної та глибокої морфології травлення на площинах (111) алмазу та на межі зерен. Експерименти продемонстрували, що ефективність травлення за допомогою кремнієво-термічного методу була значно вищою, ніж м’яке травлення, досягнуте за допомогою чистого Fe або Fe₂O₃ окремо. Це дослідження пропонує нову стратегію, засновану на кремнієво-термічному відновленні, для ефективної та глибокої обробки поверхні алмазу.

Ключові слова: алмаз, травлення, Fe₂O₃, Si, відновлення.

 

УДК 549.211 (477)

О. А. Вишневський^1, *, В. М. Квасниця¹, Р. Вірт², О. В. Павлюк¹, А. Шрайбер^2
1Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М. П. Семененка НАН України, м. Київ, Україна
²Центр геологічних наук ім. Гельмгольца GFZ, Телеграфенберг, м. Потсдам, Німеччина
*vyshnevskyy@i.ua

Включення манганових та манган-нікелевих сполук в мікроалмазах з різних порід Українського щита (стор. 54-65)

Незвичайні включення сполук мангану та мангану–нікелю в мікроалмазах (0,3–0,5 мм) невизначеного походження, вилучених з концентратів збагачення серпентинитів (масив Капітанка, Голованівська шовна зона), кімберлітів (трубка “Надія”, Східне Приазов’я) та річкового алювію (р. Ятрань) на Українському щиті, було досліджено методами аналітичної трансмісійної еле-ктронної мікроскопії. Вивчені мікроалмази є плоскогранними кристалами кубо-октаедричної та кубічної форми. Більшість включень мають заокруглену неправильну форму та розміри від перших десятків до декількох сотень нанометрів. Їх було ідентифіковано за їхнім хімічним складом та картинами рентгенівської дифракції і вони представлені оксидами та силікатами мангану (MnO, Mn₂O₃, Ca₃Mn₂Si₃O₁₂, CaMnSi₂O₆, Mn₂SiO₄, Ca_2,33Mn_0,67Si₂O₇), різними за складом сполуками MnNi (MnNi, Mn_0,85Ni_0,15) та MnNiSi (Mn₃Ni₂Si, Mn₆Ni₁₆Si₇, MnNi_1,55Si_0,45), графітом та KCl. За формою кристалів, фазовим та хімічним складом включень досліджені зразки принципово відрізняються від алмазів з класичних природних джерел (кімберлітів, лампроїтів, лампрофірів тощо), що викликає питання про їхній генезис. Натомість вони виявляють схожість з так званими “офіолітовими” алмазами, природне походження яких досі не доведене, і дуже подібні штучним кристалам, вирощеним за високих тисків і температур в системі Mn–Ni–C методом спонтанної кристалізації в Інституті надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України. З огляду на це зроблено висновок, що вивчені мікроалмази є синтетичними та, найімовірніше, походять з алмазного інструменту, що використовували під час відбору та обробки зразків гірських порід.

Ключові слова: алмаз, включення, силікати та оксиди мангану, сполуки Mn–Ni та Mn–Ni–Si, ТЕМ, Український щит.

 

УДК 621.923.7

Ю. Д. Філатов
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*filatov2045@gmail.com

Вплив геометричної форми поверхонь деталей оптотехніки з міді на формування їхнього поверхневого шару під час полірування (стор. 66-77)

В результаті дослідження закономірностей розсіювання наночастинок шламу і наночастинок зносу полірувального порошку під час полірування деталей оптотехніки з міді за допомогою дисперсної системи з мікро- та нанопорошків метаборату міді і гасу, а також утворення нальоту з наночастинок оксиду міді на поверхні деталі, що полірують, встановлено, що залежність повного перерізу розсіювання наночастинок шламу від радіусу колових зон деталі характеризується максимальними значеннями, які спостерігали за радіусів 10, 15, 17,5 і 20 мм і які зумовлюють найбільшу ймовірність утворення нальоту на оброблюваній поверхні саме в цих колових зонах. Під час вивчення закономірностей впливу емерджентних властивостей квантових наночастинок шламу і наночастинок зносу полірувального порошку на їхню колективну поведінку, самоорганізацію і збірку під час руху в оптичному резонаторі зі змінною довжиною, що утворений поверхнями оброблюваної деталі і притира, показано, що на оброблюваній поверхні мідної деталі утворюється наліт з наночастинок шламу, фрагменти якого дискретно розташовані в концентричних колах, радіуси яких співпадають зі значеннями, розрахованими за допомогою квантової теорії розсіювання наночастинок. Показано, що під час полірування деталей оптотехніки з міді за допомогою мікро- та нанопорошків метаборату міді в дисперсному середовищі гасу швидкість знімання оброблюваного матеріалу досягає значення 28,6 10^–13 м³/с, що добре збігається з експериментально визначеною продуктивністю полірування, яка складає (1,5±0,1) мг/хв, або (7,3±0,4) мкм/год, або (28±1) 10^–13 м³/с за відхилення 5–6 %. Експериментально підтверджено, що наліт з наночастинок шламу, фрагменти якого складались з оксиду міді, дійсно спостерігали на полірованій поверхні деталі з міді на концентричних колах радіуса 10 і 15 мм, а також в коловій зоні радіусом [17–20] мм.

Ключові слова: полірування, мідь, метаборат міді, розсіювання наночастинок, емерджентні властивості наночастинок, наліт.

 

УДК 621.923

Г. А. Петасюк^1, *, О. О. Бочечка¹, В. І. Лавріненко^1, **, В. Г. Полторацький¹, В. В. Смоквина¹, В. В. Білорусець¹, Л. А. Проц^2
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Ужгородський національний університет МОН України, м. Ужгород, Україна
*petasyuk@ukr.net
**lavrinen52@gmail.com

Експлуатаційні показники шліфувального інструменту, в різальному шарі якого використано алмазні шліфпорошки з нанесеним на поверхню їхніх зерен cBN-покриттям (стор. 78-88)

Наведено огляд сучасних публікацій досліджень модифікування поверхні зерен алмазних шліфпорошків за допомогою нанесення на них покриттів з кубічного нітриду бору (cBN). Результати цих досліджень свідчать про ефективну дію такого модифікування та позитивний вплив плівок cBN на алмазні поверхні. Виявлено, що найкращою закріплюючою речовиною для покриття з cBN є желатин, клей БФ6 та полівініловий спирт (ПВС) діють приблизно однаково, хоча за меншої продуктивності шліфування краще застосовувати ПВС, а за більшої – клей БФ6. Проведено дослідження, які показали, що технологічно для нанесення покриття кращим є застосування ПВС, особливо коли до складу покриття входить нанорозмірний кубічний нітрид бору (нано-cBN). Встановлено, що нанесення на поверхню алмазних зерен підвищеної міцності марок АС15–АС20 покриття з наявністю у його складі нано-cBN відчутно підвищує зносостійкість алмазних кругів, що може бути зумовлено покращенням утримання у зв’язуючому матеріалі алмазних зерен.

Ключові слова: покриття з нітриду бору, механічні та трибологічні властивості, алмаз, кубічний нітрид бору, товщина, щільність, ступінь покриття.

 

УДК 546.271:536.42:539.89

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

Плавлення субарсеніду бору B₁₂As₂ під тиском (стор. 89-91)

Досліджено плавлення ромбоедричного субарсеніду бору B₁₂As₂ за тиску до 8 ГПа методом гартування. Встановлено, що за тиску понад 2,5 ГПа B₁₂As₂ плавиться конгруентно, а крива плавлення має додатний нахил (30±6 К/ГПа), що вказує на меншу густину розплаву порівняно з твердою фазою. Температуру плавлення B₁₂As₂ за атмосферного тиску оцінено на рівні 2110(40) К.

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

 

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 & abouliess@gmail.com

Тригональні (sp²) та тетраедральні (sp³) вихідні орторомбічні алотропи С₁₂ із надтвердими властивостями; кристалоінженерія та дослідження методом теорії функціонала густини (стор. 92-96)

На основі кристалоінженерії та оптимізації геометрії без обмежень для структур основного стану за допомогою розрахунків на основі квантової теорії функціонала густини запропоновано два нових орторомбічних алотропи: trig.-C₁₂ з тригональною конфігурацією C(sp²) та tetr.-C₁₂ з тетраедральною конфігурацією C(sp³). Два алотропи в просторовій групі P2₁2₁2₁ були ідентифіковані з оригінальними топологіями 3,3,4T2 та cai-4,4-Pnma відповідно. Обидва є метастабільними та мають надтверді властивості, причому tetr.-C₁₂ має більшу щільність та твердість. Електронні структури зон показують, що trig.-C₁₂ є провідником, а tetr.-C₁₂ – напівпровідниковим.

Ключові слова: алотропи вуглецю, теорія функціонала густини, твердість, електронні зонні структури.