Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113841 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 4. — С. 46-47. — англ., укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113841 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
2017-02-15T11:40:32Z 2017-02-15T11:40:32Z 2006 Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 4. — С. 46-47. — англ., укр. 1815-2066 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113841 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Нові матеріали та нанотехнології Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів Ceramic Nano Composites for New Generation of Cutting Tools and Heavily Loaded Wear-Resistive Components Керамические нанокомпозиты для нового поколения режущих инструментов и тяжелонагруженных износостойких компонентов Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів |
| spellingShingle |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів Нові матеріали та нанотехнології |
| title_short |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів |
| title_full |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів |
| title_fullStr |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів |
| title_full_unstemmed |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів |
| title_sort |
керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів |
| topic |
Нові матеріали та нанотехнології |
| topic_facet |
Нові матеріали та нанотехнології |
| publishDate |
2006 |
| language |
Ukrainian |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Ceramic Nano Composites for New Generation of Cutting Tools and Heavily Loaded Wear-Resistive Components Керамические нанокомпозиты для нового поколения режущих инструментов и тяжелонагруженных износостойких компонентов |
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113841 |
| citation_txt |
Керамічні нанокомпозити для нового покоління ріжучих інструментів і важконавантажених зносостійких компонентів // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 4. — С. 46-47. — англ., укр. |
| first_indexed |
2025-11-26T21:20:12Z |
| last_indexed |
2025-11-26T21:20:12Z |
| _version_ |
1850773097479667712 |
| fulltext |
46
NEW MATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
SCIENCE AND INNOVATION. № 4, 2006
Description
We present technologies for development of ceramic nano$
composites based on SiC$C and Si3N4$TiN$TiB2 systems
for using in novel generation of ceramic cutting tools, wear
resistive components, radiation resistive ceramic compo$
nents and for other potential applications. Such properties
as high melting temperatures, hardness, chemical and ther$
mal stability and other are successfully combined in them.
Formula SiC$C means nanocrystalline (40–120 nm) beta$
silicon carbide reinforced with diamond planar clusters
built$into the lattice of SiC. This unique structural proper$
ty provides for 40 GPa hardness in pure poreless ceramics.
We found hardness of 24 GPa in nanocompostes with alumi$
na, which also show fracture toughness around 9 MPa m1/2.
As a result of NATO SfP project we have built the pilot
unit for production of 20 kg of SiC$C nanopowder a day.
Here we propose the technology development of the nano$
composites based on SiC$C nanopowders.
Another group of nanocomposites based on nano$TiN
reinforced with nano TiB2 and Si3N4 particles was obtained
by sintering, high$pressure sintering and spark$plasma sin$
tering. Prototypes of cutting tools (unresharpable tools)
were tested both at room and elevated temperatures. These
composites are promising tools for extra$fine finishing of
metallic parts. Such parameters as hardness around 20 GPs,
fracture toughness up to 8.5 MPa m1/2, show high stability
(grain size around 80 nm) up to 800 C which looks attrac$
tive. The best combination of properties: hardness 24 GPa,
bend strength > 500 MPa, and fracture toughness of
7 MPa m1/2 was revealed for the TiN$25 %Si3N4 nanocom$
posite. With sintering process without pressure near fully
dense (98.5 %) ceramics can be achieved and therefore,
such process is promising for mass production of tools. At
present we propose development of technology for ceramic
cutting tools based on TiN$Si3N4 ceramic nanocomposites.
Innovative Aspect and Main Advantages
A very good combination of hardness and fracture tough$
ness at room and elevated temperatures looks attractive for
cutting tool application.
Technological operations are not expensive: for instan$
ce, synthesis of SiC$C is comparable with analogues by costs,
pressureless sintering at moderate temperatures is used
instead of hot pressing etc.
Refinement of grains is a desirable property for fin$
ishing treatment of alloyed steels and viscous metals and
alloys. Stability of properties at high temperatures is prom$
ising for dry cutting operations.
We have a patent of Russian Federation concerning
technology of SiC$C nanopowder synthesis, pending patents
of Ukraine and know$how in technologies of TiN$TiB2 and
TiN$Si3N4 nanocomposites.
Areas of Application
Cutting tools, ceramic bearings, wear resistive components.
Cutting tools made from Si3N4$TiN nanoceramics
were tested in ALCON (Kiev, Ukraine). Wear resistive com$
ponents based on SiC$C ceramics were examined in Baker
Hughes INTEQ GmbH.
Stage of Development
The pilot unit for SiC$C nanopowder synthesis is under ope$
ration. The pilot batch of cutting tools made from Si3N4$TiN
nanoceramics has been prepared. Technical documentation
is under preparation.
We have a patent of Russian Federation concerning te$
chnology of SiC$C nanopowder synthesis, pending patents
of Ukraine and know$how in technologies of TiN$TiB2 and
TiN$Si3N4 nanocomposites.
We would prefer joint development of ceramic nano$
composite products with foreign partner. Licensing of te$
chnologies or development of start$up company or joint
venture would be also appropriate.
Contact Details
Frantsevich Institute for Problems in Materials Science
3, Krzhizhanovski str.
Nanostructured Materials and Nanocomposites
Nanocomposites based on high melting compounds
Andrey V. Ragulya, Dr. Prof. Vice$director of IPMS
Tel.: (including code) +38$044$424$7435
Fax: (including code) +38$044$424$2131
Ragulya@ipms.kiev.ua
NANOMCERAMIC COMPOSITES
FOR WEARMRESISTIVE APPLICATIONS
Fig. 1. SiCMC nanopowders
Fig. 2. TiNMSi3N4 multilayer cutting plates (50 % Si3N4 50 % TiN)
47НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 4, 2006
НОВІ МАТЕРІАЛИ ТА НАНОТЕХНОЛОГІЇ
Огляд пропозиції
Ми розробляємо технології виготовлення керамічних на$
нокомпозитів на основі систем SiC$C та Si3N4$TiN$TiB2
з метою створення нового покоління керамічних ріжучих
інструментів, зносостійких компонентів, радіаційно$
стійкої кераміки та ін., в яких гармонійно поєднані кра$
щі властивості тугоплавких сполук: високі температури
плавлення, твердість, хімічна і термічна стабільність,
тепло$ і електропровідність та ін. Формула SiC$C по$
значає нанокристалічний (40–120 нм) бета$карбід крем$
нію, який зміцнений плоскими алмазними кластерами,
розташованими в решітці SiC. Це унікальне структурне
явище обумовлює надвисоку твердість 40 ГПa чистої
безпористої кераміки. Ми встановили високу твердість
24 ГПa і для нанокомпозитів SiC$C з оксидом алюмі$
нію, які мають в'язкість руйнування 9 MПa⋅м1/2. В ре$
зультаті виконання проекту NATO SfP ми створили
технологію і устаткування для пілотного виробництва
20 кг порошку SiC$C на добу. Перспективним планом є
розробка технологій і організація пілотного випуску на$
нокомпозитів на основі SiC$C нанопорошків.
Інша група нанокомпозитів на основі нано$TiN,
що зміцнені наночастинками TiB2 і Si3N4 отримана спі$
канням, спіканням під високим тиском і електророзряд$
ним спіканням. Прототипи ріжучого інструменту (пла$
стини, що не переточуються) були випробувані при кім$
натній і підвищеній температурі. Ці композити є при$
датними для створення інструменту надтонкого точін$
ня і фінішингу металевих виробів. Твердість до 20 ГПа,
в'язкість руйнування до 8,5 MПa⋅м1/2 є стабільними
(розмір зерен 80 нм) до температури 800 °C. Краща ком$
бінація властивостей знайдена для нанокомпозиту TiN$
25 % Si3N4: твердість 24 ГПa, міцність на згин > 500 MПa,
і тріщиностійкісь 7 MПa⋅м1/2. Створення такої наноке$
раміки використовує процес вільного спікання, що є
придатним для досягнення високої щільності (98,5 %),
збереження наноструктури досягнення потрібних влас$
тивостей, і виготовлення пластин інструменту.
Інноваційний аспект та основні переваги
Добра комбінація твердості і тріщиностійкості при кім$
натній і підвищеній температурі є привабливою для ство$
рення керамічного ріжучого інструменту для тонкого
точіння.
Технологічні операції є недорогими: наприклад, син$
тез SiC$C на рівні пілотного виробництва не є дорож$
чим за аналоги, використання вільного спікання при
низької температурі замість звичайного гарячого пре$
сування.
Зменшення розміру зерен є бажаною властивістю
для фінішної обробки нержавіючої сталі та в'язких мета$
лів і сплавів. Стабільність властивостей нанокераміки
при високих температурах точіння є також дуже при$
вабливою.
Ми маємо патент Російській Федерації про техноло$
гію виробництва нанопорошку SiC$C, заявлено патент
України на спосіб отримання нанокомпозитів TiN$TiB2
і TiN$Si3N4.
Галузь застосування
Ріжучий інструмент, керамічні підшипники, зносостій$
кі компоненти
Ріжучі пластини, які зроблені з нанокераміки
Si3N4$TiN були атестовані в компанії AЛКОН (Київ,
Україна)
Зносостійкі компоненти на основі кераміки SiC$C
були перевірені в компанії Baker Hughes INTEQ GmbH
Стадія розробки
Пілотне устаткування для виробництва нанопорошку
SiC$C існує і працює в інституті. Пілотну партію ріжучо$
го інструменту з нанокераміки Si3N4$TiN виготовлено і
атестовано. Технологічна документація в процесі роз$
робки.
Контактна інформація:
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Франце$
вича НАНУ
03142, Київ$142, вул. Кржижанівського,3
Проф. Рагуля Андрій Володимирович
Тел.: (з кодом) +38$044$424$7435
Факс: (з кодом) +38$044$424$2131
Ragulya@ipms.kiev.ua
КЕРАМІЧНІ НАНОКОМПОЗИТИ ДЛЯ НОВОГО ПОКОЛІННЯ
РІЖУЧИХ ІНСТРУМЕНТІВ І ВАЖКОНАВАНТАЖЕНИХ
ЗНОСОСТІЙКИХ КОМПОНЕНТІВ
Рис. 1. Нанопорошки SiCMC
Рис. 2. Багатошарові керамічні пластини TiNMSi3N4
(50 % Si3N4 50 % TiN)
|