Нанополикристаллические компакты из алмазоподобного нитрида бора: синтез, структура, характеристики
жүктеу/скачать 0.65 Mb.
|
| Нанополикристаллические компакты из алмазоподобного нитрида бора:
синтез, структура, характеристики Филоненко В.П.1, Антанович А.А.1, Зибров И.П.2, Малышев С.Н.3 1 Институт физики высоких давлений РАН, г. Троицк, Московской обл., 2 Институт кристаллографии РАН, Москва 3Предприятие «Микротехника», Москва Поликристаллические сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ) широко используются в промышленности для обработки закаленных сталей, чугунов и различных композиционных материалов, являясь в ряде случаев незаменимыми. Практически все инструментальные материалы из КНБ получают при высоких давлениях спеканием микронных частиц с активирующими добавками. Поэтому содержание сверхтвердой фазы в композитах находится в диапазоне 50-90% и уровень их физико-механических характеристик существенно ниже возможного. В отличие от алмаза прямая трансформация гексагональной структуры графитоподобного нитрида бора в алмазоподобную (кубическую или вюрцитную) может быть реализована в диапазоне давлений 8.0-9.0 ГПа, которые достижимы в лабораторных и промышленных вариантах, а температура фазового перехода определяется в первую очередь степенью упорядоченности гексагональной решетки в исходном образце. В работе [1] было показано, что неупорядоченная турбостратная фаза нитрида бора переходила в кубическую при 7.7 ГПа и 2300 ºС, а хорошо закристаллизованная ромбоэдрическая фаза с размерами кристаллитов в десятки микрометров обнаруживала начало превращения в вюрцитную модификацию при температурах около 1000 ºС. Нами были изучены особенности фазовых переходов объемных образцов из пиролитического нитрида бора (Ø 4, h 3мм) в «чистом» виде и при дополнительной активации превращения растворителями-катализаторами (РК), окружающими пиролит. Показано, что при отсутствии РК реализуется только мартенситный механизм кооперативной перестройки атомов и формируются алмазоподобные поликристаллические компакты с равноосной структурой и нано-субмикронными размерами зерен. Для исходного материала с гексагональной фазой полный переход в кубическую при 8.0 ГПа достигался при температурах 1700-1800 °С. Если же пиролитический материал состоял из смеси гексагональной и ромбоэдрической фаз, то температура превращения снижалась до 1100-1200 °С В системе пиролитический нитрид бора – РК при термобарических параметрах прямого превращения размер зерен кубической фазы резко увеличивается. Это может быть связано как с укрупнением зародыша плотной фазы вследствие снижения катализатором его поверхностной энергии так и с некоторым ростом частиц за счет перекристаллизации по диффузионному механизму. Степень каталитической активности растворителя влияет на размер частиц КНБ и на появление в синтезированных образцах зон направленного роста кристаллов (рис. 1).
Рис. 1. Микроструктура скола алмазоподобных компактов из КНБ а - прямой мартенситный переход пиролитической заготовки, б – каталитически активированный переход (РК –сплав Al-Mg) В результате проведенного исследования было установлено, что доминирование того или иного механизма перестройки гексагональной решетки пиролитического нитрида бора определяется комплексом факторов, главными из которых являются степень совершенства исходной структуры нитрида бора, термобарические параметры, каталитическая активность РК и его количество. Наноструктурированные поликристаллические образцы КНБ, полученные прямым переходом, имели близкую к теоретической плотность и высокий модуль упругости (770-790 ГПа). При изготовлении из них резцов удалось сформировать очень острую режущую кромку с радиусом округления около 50 нм, что позволило при токарной обработке на специальном стенде стали ШХ15 с HRC 60 получить поверхность с шероховатостью Ra 0.012 мкм в поперечном направлении и 0.007 мкм в продольном направлении [2]. 1. V.L. Solozhenko, I.A. Petrusha, O. Engler, J.F. Bingert. The crystallographic texture of graphite-like and diamond-like boron nitride bulk materials. J. of Materials Science. 36, 2001, 2659 – 65. 2. Г.В. Маринин, С.Н. Малышев, Е.М. Захаревич. Нанорезание закаленной стали. Металлообрабатывающее оборудование. № 8, 2008, 18-21. жүктеу/скачать 0.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
