УДК 620.22:620.17:537.226

Т. О. Пріхна^1, *, О. А. Каленюк^{2, 3}, О. В. Присяжна¹, Т. Б. Сербенюк¹, В. Б. Свердун¹, В. Є. Мощіль¹, М. В. Карпець², В. В. Білорусець¹, В. М. Колодніцький¹, М. К. Монастирьов^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, м. Київ, Україна
³Київський академічний університет, м. Київ, Україна
⁴Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
*prikhna@ukr.net

Структура, діелектричні властивості та моделювання НВЧ-поглинання композитів на основі MAX-фази Ti₃AlC₂ (стор. 3-15)

Досліджено вплив концентрації порошку MAX-фази Ti₃AlC₂ (від 9,8 до 35,2 % (за масою)) в полімерній матриці на діелектричні властивості та характеристики поглинання електромагнітного випромінювання композитів. Порошок MAX-фази Ti₃AlC₂, що входив до композита, одержували за допомогою розмелу масивних блоків, які за результатами рентгенофазового аналізу містили 77 % (за масою) Ti₃AlC₂, 13 % (за масою) TiC та 10 % (за масою) Al₂O₃ і були синтезовані в умовах гарячого пресування з TiC, TiH₂ та алюмінієвої пудри. Комплексну діелектричну проникність композитів із різним вмістом наповнювача з МАХ-фази визначали хвилеводним методом у діапазоні частот 5–8,2 ГГц. Встановлено, що зі збільшенням концентрації MAX-фази до 24,6 % (за масою) дійсна та уявна складові комплексної діелектричної проникності зростали майже лінійно, тоді як за вмісту MAX-фази 35,2 % (за масою) спостерігали їхнє різке збільшення, що свідчило про наближення композита до порогу перколяції. З використанням експериментально визначених електрофізичних параметрів виконано моделювання характеристик одношарового НВЧ-поглинача на металевій підкладці в діапазоні частот 5–10 ГГц. Показано, що зі збільшенням концентрації MAX-фази зменшується оптимальна товщина поглинаючого шару та підвищується ефективність поглинання. Найкращі характеристики отримано для композита із вмістом 35,2 % (за масою) MAX-фази, для якого мінімальний коефіцієнт відбиття становив RL = −8,55 дБ за товщини поглинаючого шару 1,65 мм, а ширина робочої смуги поглинання за критерієм RL < −3 дБ досягала 4,28 ГГц. Отримані результати демонструють перспективність використання композитів на основі МАХ-фази Ti₃AlC₂ для розроблення тонкошарових матеріалів-поглиначів з покращеним імпедансним узгодженням.

Ключові слова: MAX-фаза Ti₃AlC₂, композити, діелектричні втрати, втрати на відбиття, НВЧ-поглинання, перколяція.

 

УДК 621.921.34:548.5:004.94

С. М. Іванченко¹, О. П. Людвіченко^1, *, О. О. Лєщук¹, А. В. Бурченя¹, В. В. Лисаковський¹, Т. В. Коваленко^1, **, А. С. Ніколенко², С. О. Івахненко¹, О. М. Анісін¹, В. Ю. Клочок¹, А. В. Марченко^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова, м. Київ, Україна
*ludvial@ukr.net
**tetiana.v.kovalenko@gmail.com

Вплив конфігурації ростового об’єму на розподіл температури в шестипуансонному АВТ і габітус вирощених монокристалів алмазу (стор. 16-23)

Розглянуто задачу визначення теплового стану ростового об’єму шестипуансонного апарата високого тиску для вирощування монокристалів алмазу методом температурного градієнта. Для моделювання температурних полів розв’язано зв’язану систему нелінійних рівнянь електропровідності Лапласа та теплопровідності Пуассона методом скінченних елементів. Змодельовано вплив зміни конфігурації ростового об’єму на осьовий і радіальні перепади температури. Встановлено, що зміщення межі між джерелом вуглецю і металом-розчинником у вертикальному напрямку ростового об’єму приводить до зростання осьового перепаду температури з 10,9 до 20,4 °С та зменшення радіального перепаду у фронтальному перерізі з 10,7 до 6,7 °С. Експериментально підтверджено, що даний факт сприяє зростанню швидкості росту граней <111>, унаслідок чого формується габітус монокристалів алмазу з домінуванням октаедричних граней.

Ключові слова: апарат високого тиску, монокристал алмазу, габітус, ростовий об’єм, температура, градієнт температури.

 

УДК 620.22-621.762

Е. С. Геворкян^1, *, В. П. Нерубацький¹, В. О. Чишкала^2
1Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
²Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна
*edsgev@gmail.com

Вплив добавок оксиду алюмінію на процес ущільнення та формування мікроструктури композиційної кераміки ZrO₂–Y₂O₃ (стор. 24-37)

Досліджено вплив добавок оксиду алюмінію (Al₂O₃) на процеси ущільнення та формування мікроструктури композиційної кераміки на основі діоксиду цирконію (ZrO₂), частково стабілізованого оксидом ітрію (Y₂O₃). Композиційну кераміку отримували методом електроконсолідації з використанням нанопорошків ZrO₂ різної морфології та нанопорошку Al₂O₃ за його вмісту 10, 20 та 30 % (за масою). Досліджено вплив температури електроконсолідації та складу композиції на відносну щільність, мікроструктуру та локальний хімічний склад матеріалу. Встановлено, що найвища відносна щільність досягається за введення 10 % (за масою) Al₂O₃. Збільшення вмісту Al₂O₃ до 20 і 30 % (за масою) супроводжується зниженням ступеня ущільнення та збільшенням залишкової пористості. Методами растрової електронної мікроскопії та локального рентгеноспектрального аналізу досліджено особливості формування структури та розподілу компонентів у композиційній кераміці. Показано, що оптимальне поєднання високої щільності та однорідної дрібнозернистої структури можна досягти з використанням високодисперсного порошку ZrO₂ та введенням 10 % (за масою) Al₂O₃.

Ключові слова: діоксид цирконію ZrO₂, оксид ітрію Y₂O₃, оксид алюмінію Al₂O₃, композиційна кераміка, електроконсолідація, нанопорошки, відносна щільність, мікроструктура.

 

УДК 620.22-621.921.34:539.422.25

В. A. Мечник^1, *, Б. Т. Ратов², Е. С. Геворкян³,  М. О. Бондаренко¹, В. М. Колодніцький^1, **, С. П. Старик^1, ***, Д. Л. Коростишевський¹, В. О. Чишкала³, Ш. А. Тошматов⁴, Г. К. Ахмедьянова^5
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²НАО “Казахський національний дослідницький технічний університет ім. К. І. Сатпаєва”, м. Алмати, Казахстан
³Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
⁴Національний університет Узбекистана ім. Мирзо Улугбека, м. Тaшкент, Республіка Узбекистан
⁵Торайгиров університет, м. Павлодар, Республіка Казахстан
*vlad.mechnik2019@gmail.com
**vasylkolod56@gmail.com
***starik@ism.kiev.ua

Фрактографічний аналіз зламу композиційних матеріалів С_алмаз‒(Fe‒Cr‒Cu‒Ni‒Sn) і С_алмаз‒(Fe‒Cr‒Cu‒Ni‒Sn)‒ZrO₂‒Al₂O₃, виготовлених методом іскро-плазмового спікання (стор. 38-50)

Досліджено вплив добавок ZrO₂ і Al₂O₃ на структурні зміни металевої матриці в області руйнування під час ударного навантаження та алмазоутримання в композитах 6,25С_алмаз‒(24,375Fe‒23,4375Cr‒30Cu‒8,4375Ni‒7,5Sn), сформованих методом іскро-плазмового спікання. Показано, що на межі розділу фаз вихідного композиційного матеріалу 25С_алмаз‒(24,375Fe‒23,4375Cr‒30Cu‒ 8,4375Ni‒7,5Sn) спостерігаються значна структурна неоднорідність та мікрокаверни, що погіршує алмазоутримання та знижує зносостійкість. Додавання ZrO₂ і Al₂O₃ до складу вихідного композиційного матеріалу суттєво покращує алмазоутримання та підвищує зносостійкість. Механізм поліпшення алмазоутримання в модифікованих композитах полягає в тому, що дисперсні добавки ZrO₂ та Al₂O₃, які локалізуються на межах зерен металевих фаз, ефективно гальмують процеси агломерації та рекристалізації під час спікання. Це забезпечує формування дрібнокристалічної структури металевої матриці безпосередньо біля граней алмазних зерен, що радикально підвищує її міцність та опір зсувним навантаженням. Додавання 10ZrO₂ і 6Al₂O₃ до складу вихідного композита дозволяє сформувати найбільш міцне зчеплення алмазних зерен з металевою матрицею та значно підвищити зносостійкість. З’ясовано кореляцію між кількістю комплексної добавки ZrO₂ і Al₂O₃ зносостійкістю і алмазоутриманням.

Ключові слова: композиційний алмазовмісний матеріал, діоксид цирконію, корунд, металева матриця, структура, алмазоутримання, зносостійкість.

 

УДК 666.792.34:539.3

Д. В. Ведель*, В. П. Коновал, П. В. Мазур
Інститут проблем матеріалознавства І. М. Францевича НАН України, Київ, Україна
*vedeldv@gmail.com

Рідкофазна взаємодія між кобальтом та високоентропійною карбідною керамікою (V, Nb, Ta, Mo, W)C та (Ti, V, Nb, Ta, Mo)C (стор. 51-58)

Досліджено особливості рідкофазної взаємодії в системах Co/(V_0,2Nb_0,2Ta_0,2Mo_0.2W_0.2)C та Co/(Ti_0,2V_0,2Nb_0,2Ta_0,2Mo_0,2)C з використанням методу лежачої краплі у вакуумі. Встановлено, що в системі Co/(V_0,2Nb_0,2Ta_0,2Mo_0,2W_0,2)C рідкий кобальт змочує та активно взаємодіє з підкладкою, що зумовлює її частковий розклад з формуванням (V_0,1Nb_0,39Ta_0,41Mo_0,04W_0,06)C та (V_0,26Nb_0,17Ta_0,13Mo_0,26W_0,18)C твердих розчинів. Показано, що підвищена розчинність компонентів Mo₂С та WС у кобальті сприяє інтенсивнішому масоперенесенню та проникненню кобальту по межах зерен кераміки. Для системи Co/(Ti_0,2V_0,2Nb_0,2Ta_0,2Mo_0,2)C характерною є нижча реакційна здатність, формування одного стабільного карбідного твердого розчину (Ti_0,22V_0,11Nb_0,31Ta_0,27Mo_0,09)C та обмежене проникнення кобальту в об’єм кераміки. Отримані результати свідчать про істотний вплив елементного складу високоентропійної карбідної кераміки на механізми міжфазної взаємодії з кобальтом і можуть бути використані під час вибору керамічних компонентів для композиційних матеріалів.

Ключові слова: високоентропійна карбідна кераміка, кобальт, рідкофазна взаємодія, змочування.

 

УДК 621.763:661.657:669.018.45

Д. О. Рєзнік^1, *, Д. Л. Палагеча¹, С. О. Наконечний¹, С. Ю. Тесля¹, В. І. Шеремет¹, Л. О. Бірюкович¹, С. О. Руденький¹, М. І. Упатов¹, М. В. Кіндрачук³, Ю. І. Богомол^{1, 2
1}Національний технічний університет України, ”Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
²Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, м. Київ, Україна
³Національний університет “Київський авіаційний інститут”, м. Київ, Україна
*dmytrorez@gmail.com

Двофазний спрямовано армований високоентропійний керамічний композит системи MeC–MeB₂ (стор. 59-70)

Досліджено мікромеханічні властивості спрямовано закристалізованого керамічного композита (Mo_0,2Zr_0,2Hf_0,2Nb_0,2Ta_0,2)С–(Mo_0,2Zr_0,2Hf_0,2Nb_0,2Ta_0,2)B₂, отриманого безтигельною зонною плавкою неспечених порошкових пресованих заготовок з використанням карбідів та диборидів перехідних металів у якості вихідних матеріалів. Встановлено, що збільшення швидкості вирощування зразків приводить до підвищення твердості та тріщиностійкості, які досягають 23,76±1,0 ГПа та 8,35±0,4 МПа·м^1/2 відповідно.

Ключові слова: високоентропійні дибориди, високоентропійні карбіди, спрямовано закристалізовані евтектичні сплави, твердий розчин, твердість за Віккерсом, тріщиностійкість, сегрегація.

 

УДК 546.76

Ziliu Bian¹, Minglan Hou¹, Jiang Zhu¹, Yuxiang Huang², Yibing Xie², Qingshuo Qu², Yuting Miao², Liangbiao Wang^2, *
¹School of International Education, Jiangsu University of Technology, Changzhou, P.R. China
²School of Chemistry and Chemical Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou, P.R. China
*lbwang@jsut.edu.cn

Одержання карбіду хрому з відходів полівінілхлориду (стор. 71-76)

Досліджено використання відходів пластику як джерела вуглецю для одержання карбіду хрому, що дає змогу забезпечити висококонверсійну утилізацію твердих відходів і знизити енерговитрати реакції. Запропоновано одностадійний метод: відходи полівінілхлориду (ПВХ) попередньо очищають і подрібнюють, після чого карбід хрому синтезують за допомогою одностадійної хімічної реакції в автоклаві з нержавіючої сталі. Цей метод не лише ефективно вирішує проблему хлорного забруднення від ПВХ, але й забезпечує як високоресурсну конверсію відходів ПВХ, так і “зелений” синтез карбіду хрому.

Ключові слова: хімічний синтез, рентгеноструктурний аналіз, карбід хрому, відходи пластику.

 

УДК 621.9.01

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

Контактні характеристики “твердого” точіння інструментами із ПКНБ: експериментальне визначення та моделювання (стор. 77-92)

Представлено експериментально-числовий підхід до валідації моделювання твердого точіння за трьома незалежними показниками: складовими сили різання, довжиною контакту інструменту зі стружкою та геометрією сегментованої стружки. Випробування з ортогонального сухого точіння проводили на загартованій підшипниковій сталі ЩХ15 інструментами із ПКНБ. Довжину контакту визначали за слідами зношування титанового покриття товщиною 0,12 мкм, нанесеного на передню поверхню інструменту. Складові сили різання вимірювали динамометричною системою, а сегментацію оцінювали за поперечними перерізами стружки. За подачі 0,05 мм/об і швидкості різання 100 м/хв довжина контакту становила 112–118 мкм, а питомі компоненти сили на передній поверхні – 125 і 42 Н/мм. Середній контактний тиск і напруження зсуву становили відповідно 1,06 і 0,34 ГПа, що відповідає коефіцієнта тертя 0,33. МСЕ-моделювання виконано в Deform-2D із використанням моделі Джонсона–Кука та різних значень критерію пошкодження Броззо. Моделі без пошкоджувального розділення стружки формували безперервну стружку та завищували сили різання, її товщину й довжину контакту. Найкраще узгодження з експериментом отримано для критерію Броззо D = 0,15, який найточніше відтворював сили, довжину контакту та морфологію сегментованої стружки. Показано, що надійна валідація МСЕ твердого точіння інструментами із ПКНБ потребує одночасного порівняння складових сили різання, довжини контакту та геометрії стружки.

Ключові слова: тверде точіння, моделювання, ортогональне різання, довжина контакту стружки, контактний тиск, напруження зсуву, критерій пошкодження Броззо.

 

УДК 621.921.343

Д. А. Стратійчук^1, *, Л. М. Девін¹, С. В. Ричев¹, В. З. Туркевич¹, Я. М. Романенко¹, Є. В. Шевель^2
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, НАН України, м. Київ, Україна
*d_strat@ukr.net

Вплив Со-вмісного високоентропійного сплаву на міцністні та пружні характеристики cBN-композитів групи BH (стор. 93-96)

Розглянуто вплив багатокомпонентного високоентропійного сплаву (ВЕС), а саме Co29Ni24Cr22Fe12Mo5,5Al3,5Nb4Y0,15B0,04 у кількостях 1,5, 3,0, 5,0 % (за об’ємом), на динамічну границю міцності під час розтягування (R_m^d) та модуль Юнга для надтвердих cBN-композитів групи BН, що отримані за тиску 7 ГПа та температури Т = 2250 °С. Продемонстровано, що R_m^d має діапазон значень від 197 до 311 МПа та збільшується залежно від кількості ВЕС у cBN-матриці, а модуль Юнга матеріалу, що містить 5 % (за об’ємом) ВЕС, сягає 754 ГПа.

Ключові слова: динамічна границя міцності на розтяг, високоентропійні сплави, cBN- кераміка BН- групи, високі тиски, модуль Юнга.

 

УДК 536.421:539.893:549.517.1

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

Плавлення корунду (α-Al₂O₃) під тиском до 8 ГПа: зниження нахилу кривої плавлення (стор. 97-102)

Досліджено плавлення корунду (α-Al₂O₃) під тиском до 8 ГПа з використанням вимірювань електричного опору in situ. Температура плавлення монотонно зростає від T₀ = 2317 К за атмосферного тиску до 3090 К за тиску 7,7 ГПа. Апроксимація експериментальних даних рівнянням Саймона–Глацеля дає емпіричні параметри a = 5,60 ГПа та c = 0,334, що забезпечує аналітичний опис у компактній формі всієї межі плавлення. Найважливіше, що нахил кривої плавлення dT_пл/dp безперервно зменшується від 138 К/ГПа за атмосферного тиску до 78 К/ГПа за 7,7 ГПа, що однозначно підтверджує від’ємну кривизну кривої плавлення (d²T_пл/dp² < 0). Це явище узгоджується з переважним ущільненням рідкої фази та пов’язаним із цим зменшенням зміни об’єму під час плавлення в міру зростання тиску. Ці результати надають надійний емпіричний стандарт для плавлення корунду під високим тиском та встановлюють суттєві обмеження для майбутніх ab initio-моделювань, термодинамічних баз даних та геофізичних моделей систем глибинної Землі, багатих на оксид алюмінію.

Ключові слова: корунд, плавлення, високий тиск, висока температура.