Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора
As a result of the made researches it is positioned, that the concentrated and diluted with sulfuric, azotic, saline acids and as a mix of saline and azotic acids ("nitrohydrochloric acid") and solutions of oxyhydroxide of sodium and potassium do not render influence on cBN. At action of...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134817 |
| 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: | Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора / А.Н. Соколов, Г.Д. Ильницкая, Г.Ф. Невструев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 224-228. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134817 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Соколов, А.Н. Ильницкая, Г.Д. Невструев, Г.Ф. 2018-06-14T09:25:17Z 2018-06-14T09:25:17Z 2007 Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора / А.Н. Соколов, Г.Д. Ильницкая, Г.Ф. Невструев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 224-228. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134817 621.921:661.65 As a result of the made researches it is positioned, that the concentrated and diluted with sulfuric, azotic, saline acids and as a mix of saline and azotic acids ("nitrohydrochloric acid") and solutions of oxyhydroxide of sodium and potassium do not render influence on cBN. At action of a melt of oxyhydroxide of sodium there is a decomposition cBN. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора |
| spellingShingle |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора Соколов, А.Н. Ильницкая, Г.Д. Невструев, Г.Ф. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| title_short |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора |
| title_full |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора |
| title_fullStr |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора |
| title_full_unstemmed |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора |
| title_sort |
влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора |
| author |
Соколов, А.Н. Ильницкая, Г.Д. Невструев, Г.Ф. |
| author_facet |
Соколов, А.Н. Ильницкая, Г.Д. Невструев, Г.Ф. |
| topic |
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| topic_facet |
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
As a result of the made researches it is positioned, that the concentrated and diluted with
sulfuric, azotic, saline acids and as a mix of saline and azotic acids ("nitrohydrochloric acid") and solutions of oxyhydroxide of sodium and potassium do not render influence on cBN. At action of a melt of oxyhydroxide of sodium there is a decomposition cBN.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134817 |
| citation_txt |
Влияние физико-химических воздействий на свойства шлифпорошков кубического нитрида бора / А.Н. Соколов, Г.Д. Ильницкая, Г.Ф. Невструев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 224-228. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sokolovan vliâniefizikohimičeskihvozdeistviinasvoistvašlifporoškovkubičeskogonitridabora AT ilʹnickaâgd vliâniefizikohimičeskihvozdeistviinasvoistvašlifporoškovkubičeskogonitridabora AT nevstruevgf vliâniefizikohimičeskihvozdeistviinasvoistvašlifporoškovkubičeskogonitridabora |
| first_indexed |
2025-11-25T20:40:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:40:29Z |
| _version_ |
1850530981480497152 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
224
УДК 621.921:661.65
А. Н. Соколов, Г. Д. Ильницкая, Г. Ф. Невструев, кандидаты техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
НА СВОЙСТВА ШЛИФПОРОШКОВ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
As a result of the made researches it is positioned, that the concentrated and diluted with
sulfuric, azotic, saline acids and as a mix of saline and azotic acids ("nitrohydrochloric acid") and
solutions of oxyhydroxide of sodium and potassium do not render influence on cBN. At action of a
melt of oxyhydroxide of sodium there is a decomposition cBN.
Введение
Кубический нитрид бора (cBN) – синтетический сверхтвердый материал, по твердости
уступающий только алмазам, но имеющий теплостойкость почти вдвое более высокую (до
1500 °С).
Высокая теплостойкость и малое химическое сродство с железом определяют основ-
ную область применения cBN: чистовая обработка закаленных сталей, инструментальных и
быстрорежущих сталей (45–60 HRC); обработка серого и отбеленного чугуна, а также твер-
дого сплава. Отличительная особенность кубического нитрида бора заключается в том, что
его твердость очень слабо снижается при высоких температурах. Это сильно увеличивает
стойкость и позволяет работать с очень высокими скоростями резания.
В настоящее время способ получения кристаллов cBN, предложенный еще Р. Х. Вен-
торфомом [1], по своему существу практически не изменился. Графитоподобный нитрид бора
(hBN) и инициирующие добавки в процессе синтеза подвергаются воздействию высокого дав-
ления и температуры. Они выдерживаются в таких условиях от нескольких десятков секунд до
нескольких часов. Материал, полученный после синтеза, обрабатывается минеральными ки-
слотами или расплавами щелочей для извлечения из продукта синтеза кристаллов cBN. При
такой химической обработке происходит удаление остатков инициирующей добавки и hBN.
После этих операций cBN выделяют в отдельный продукт, который представляет собою не-
классифицированные зерна. Сырье рассевают, используя набор сит, в результате чего получа-
ют шлифпорошки узких зернистостей от 400/315 до 50/40.
Поскольку порошки состоят из зерен, различающихся по дефектности поверхности,
форме зерен и прочности [2], то, очевидно, что процесс физико-химического воздействия на
них как при обработке продукта синтеза, так и при изготовлении инструмента (горячее прес-
сование, пайка, гальванические методы) будет оказывать влияние на эксплуатационные ха-
рактеристики cBN.
В данной работе, в частности, была исследована химическая устойчивость шлифпо-
рошков cBN по отношению к кислотам как разбавленным, так и концентрированным, а так-
же при действии щелочей в виде растворов и расплавов.
При проведении экспериментов было изучено влияние различных химических реагентов
на устойчивость к разложению шлифпорошков при воздействии на них различных растворов
минеральных кислот и щелочей разной концентрации, а также расплавов щелочей при разных
температурах. Оценку взаимодействия производили по изменению веса (массы) шлифпорошков
cBN. Взвешивание производили на весах с точностью до четвертого знака после запятой. По-
грешность взвешивания составляла 8.10-4 %.
Количество разложившегося cBN, β, % определяли по формуле
100
P
PPβ 1 ⋅
−
= ,
ВЫПУСК 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
225
где Р – вес (масса) исходного образца, карат;
Р1 – вес (масса) нерастворимого остатка, карат.
Методика эксперимента и исходные материалы
Методика эксперимента заключалась в следующем. Пробу шлифпорошка cBN взве-
шивали перед химической обработкой, затем зерна обрабатывали разными химическими ве-
ществами различной концентрации. После обработки зерна cBN промывали до нейтральной
реакции промывных вод, затем высушивали. Высушенную пробу шлифпорошка после хими-
ческой обработки взвешивали и определяли количество разложившегося cBN.
В качестве исходного материала использовали шлифпорошки cBN производства ИСМ
НАН Украины, известные под торговой маркой «кубонит». Для экспериментов была выбра-
на зернистость 100/80. Навеска шлифпорошка составляла 100 карат. Химическую обработку
зерен cBN проводили растворами минеральных кислот серной, азотной и соляной различной
концентрации: концентрированной, 50 и 25 %. Кроме того, дополнительно выполняли обра-
ботку шлифпорошков смесью соляной и азотной кислот HCl+HNO3 (3:1), так называемой
«царской водкой». Время обработки составило соответственно 1; 3 и 6 ч. Обработку зерен
cBN растворами щелочи в виде гидроксида натрия и калия, концентрация которых составля-
ла 20 и 10 %, выполняли в течение 2 ч. Во всех экспериментах химическую обработку зерен
кубонита проводили при температуре кипения раствора с обрабатываемой пробой шлифпо-
рошка. Кроме того, производили обработку зерен шлифпорошка кубонита расплавом гидро-
ксида натрия при температурах 350 °С, 400 °С, 500 °С, 600 °С, 700 °С в течение 1 ч. Началь-
ная температура обработки 350 °С является несколько выше температуры плавления гидро-
ксида натрия, которая составляет 328 °С.
Экспериментальные результаты и обсуждение
Результаты обработки минеральными кислотами представлены в табл. 1.
Таблица 1. Результаты обработки шлифпорошков кубонита минеральными кислотами
Реагент
Концентрация
реагента,
%
Температура
обработки,
°С
Время обра-
ботки,
ч
Количество
разложившегося
кубонита,
β, %
1 2 3 4 5
Серная ки-
слота
(H2SO4)
концентр.
Температура
кипения рас-
твора
1 0
3 0
6 0
50
1 0
3 0
6 0
25
1 0
3 0
6 0
Кислота
азотная
(HNO3)
концентр.
– « –
1 0
3 0
6 0
50
1 0
3 0
6 0
25
1 0
3 0
6 0
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
226
Окончание таблицы 1.
1 2 3 4 5
Соляная ки-
слота
(НCl)
концентр.
– « –
1 0
3 0
6 0
50
1 0
3 0
6 0
25
1 0
3 0
6 0
Раствор
«царской
водки»
HCl+HNO3
(3:1)
– « –
1 0
3 0
6 0
Как следует из таблицы, действие минеральных кислот различной концентрации, в
том числе и концентрированных, даже при длительной обработке в течение 6 ч не оказывает
влияния на разложение зерен cBN.
В табл. 2 представлены данные химической обработки зерен кубонита растворами
гидроксида натрия и калия 20 и 10 % концентрации, а также расплавом гидроксида натрия.
Из табл. 2 видно, что при действии растворов гидроксида натрия и калия разложения зерен
cBN не происходит. При действии расплава гидроксида натрия при температурах 400 °С,
500 °С, 600 °С, 700 °С в течение 1 ч происходит разложение зерен с выделением аммиака.
Этот процесс разложения возрастает с увеличением температуры обработки.
Таблица 2. Результаты обработки шлифпорошков кубонита растворами и расплавами
щелочей
Наименование
реагента
Концентрация
реагента,
%
Температура
обработки,
°С
Время обра-
ботки,
ч
Количество
разложившегося
кубонита,
β, %
Гидроксид на-
трия
(NaOH)
20 Температура
кипения рас-
твора
2 0
10 2 0
Гидроксид калия
(КOH)
20
– ’’ –
2 0
10 2 0
Гидроксид на-
трия
(NaOH)
–
350
400 1 9,2
500 1 27,3
600 1 62,8
700 1 88,1
Были выполнены исследования разложения cBN разных зернистостей (50/40; 100/80 и
250/200) расплавом гидроксида натрия при температурах 350 °С, 400 °С, 500 °С, 600 °С,
700 °С в течение 1 ч. Результаты этих обработок представлены на рис. 1.
ВЫПУСК 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
227
Рис. 1. Количества разложившегося кубического нитрида бора разных зернистостей
расплавом гидроксида натрия в зависимости от температуры: 1 – 50/40; 2 – 100/80 и 3 –
250/200.
Результат взаимодействия шлифпорошков кубонита разных зернистостей с расплавом
гидроксида натрия выражается в количестве разложившегося cBN. Поскольку площадь по-
верхности зерен возрастает с уменьшением зернистости шлифпорошков, то эффективность
разложения cBN повышается, что хорошо видно из наклона кривых на рис. 1. Так, для зерни-
стости 100/80 с увеличением температуры обработки с 350 до 700 °С количество разложив-
шегося cBN достигает 88 %.
В исходном шлифпорошке зернистости 100/80 и после различных химических обра-
боток определяли содержание примесей. Химическую обработку зерен cBN производили в
течение часа раствором «царской водки» HCl+HNO3 (3:1); 20 %-м раствором и расплавом
гидроксида натрия при температуре 500 °С. Содержание hBN определяли с помощью рент-
геновской дифрактометрии и ИК-спектроскопии. Другие примеси в пробах cBN определяли
спектральным анализом, рентгеновским микроанализом и масс-спектральными исследова-
ниями [1, 3–5]. Результаты определений различных элементов в пробах шлифпорошка зер-
нистости 100/80 после различных обработок представлены в табл. 3.
Таблица 3. Содержание примесей в шлифпорошке кубического нитрида бора зернисто-
сти 100/80 после различных обработок
Наименование эле-
мента
Содержание примесей в шлифпорошке кубонита,
% (по массе)
Виды обработок
Исходный
Раствор
«царской водки»
HCl+HNO3
(3:1)
Гидроксид натрия
(NaOH)
раствор
20 %
расплав
при 500 °С
1 2 3 4 5
hBN 0,1087 0,1086 0,1056 0,0894
C 0,3215 0,3212 0,3214 0,3214
O 0,1467 0,1467 0,1465 0,1175
Si 0,1234 0,1233 0,1231 0,1211
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
228
Окончание табл. 3.
1 2 3 4 5
Al 0,0954 0,0953 0,0951 0,0950
Mg 0,0432 0,0430 0,0421 0,0411
Ca 0,0311 0,0310 0,0309 0,0289
Fe 0,0089 0,0087 0,0088 0,0080
Ni 0,0079 0,0078 0,0072 0,0065
Всего 0,8868 0,8856 0,8807 0,8289
Из табл. 3. видно, что после интенсивных химических обработок происходит некото-
рое снижение общего содержания примесей в шлифпорошке кубического нитрида бора.
Наиболее существенное уменьшение содержания примесей в зернах cBN происходит при
обработке расплавом гидроксида натрия при температуре 500 °С за счет более глубокой очи-
стки от hBN.
Выводы
1. В результате проведенных исследований установлено, что концентрированные и
разбавленные серная, азотная, соляная кислоты, а также смесь соляной и азотной кислот
HCl+HNO3 (3:1), так называемая «царская водка», и растворы гидроксида натрия и калия не
оказывают воздействия на cBN.
2. При действии расплава гидроксида натрия происходит разложение кубонита. Коли-
чество разложившегося КНБ возрастает с увеличением температуры обработки с 350 до
700 °С и с уменьшением зернистости.
Литература
1. Wentorf R. H. Cubic form of boron nitride // J. Chem. Phys. – 1957. 26, N 4. – P. 956.
2. Шульженко А. А., Божко С. А., Соколов А. Н. и др. Синтез, спекание и свойства кубиче-
ского нитрида бора. – К.: Наук. думка, 1993. – 256 с.
3. Вишняков Я. Д. Современные методы исследования структуры деформированных кри-
сталлов – М.: Металлургия, 1975. – 480 с.
4. Рентгеноструктурные исследования монокристаллов кубического нитрида бора / В. Л.
Соложенко, В. В. Чернышов, Г. В. Фетисов и др. – К.: Препр. АН УССР. Ин-т сверхтвер-
дых материалов, № 132. – 1988. – 11 с.
5. Алешин В. Г., Смехнов А. А., Соколов А. Н. и др. Исследование состава поверхности ку-
бического нитрида бора методами рентгеновской фотоэлектронной и Оже-спектроскопии
// Влияние высоких давлений на структуру и свойства сверхтвердых материалов. – К.:
ИСМ АН УССР, 1985. – С. 32 – 36.
Поступила 03.07.07.
|