Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности

Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности

With use of a method of nanotechniques of magnetic character materials the nanostructural diamond composite material with a medial grit size 0,08 microns and hardness which corresponds to hardness of diamond composite materials with the size of grains 30 microns is gained. Comparative examination of...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Дата:2007
Автори: Шульженко, А.А., Соколов, А.Н., Лошак, М.Г., Александрова, Л.И., Заика, Н.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2007
Теми:
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134822
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:Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности / А.А. Шульженко, А.Н. Соколов, М.Г. Лошак, Л.И. Александрова, Н.И. Заика // 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. 169-176. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134822
record_format dspace
spelling Шульженко, А.А.
Соколов, А.Н.
Лошак, М.Г.
Александрова, Л.И.
Заика, Н.И.
2018-06-14T09:31:18Z
2018-06-14T09:31:18Z
2007
Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности / А.А. Шульженко, А.Н. Соколов, М.Г. Лошак, Л.И. Александрова, Н.И. Заика // 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. 169-176. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
2223-3938
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134822
621.762.4.045:621.921.34
With use of a method of nanotechniques of magnetic character materials the nanostructural diamond composite material with a medial grit size 0,08 microns and hardness which corresponds to hardness of diamond composite materials with the size of grains 30 microns is gained. Comparative examination of temperature dependence of hardness of diamond nanostructural composites of various dispersibility is carried out. It is displayed, that thermostability of a diamond composite depends not only on a composition of the labilising component, but also from the size of diamond dusts. The gained effects specify in perspectivity of use of the gained material for a finish machining of nonferrous metals and alloys instead of natural diamonds.
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
Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
spellingShingle Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
Шульженко, А.А.
Соколов, А.Н.
Лошак, М.Г.
Александрова, Л.И.
Заика, Н.И.
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
title_short Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
title_full Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
title_fullStr Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
title_full_unstemmed Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
title_sort свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности
author Шульженко, А.А.
Соколов, А.Н.
Лошак, М.Г.
Александрова, Л.И.
Заика, Н.И.
author_facet Шульженко, А.А.
Соколов, А.Н.
Лошак, М.Г.
Александрова, Л.И.
Заика, Н.И.
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 With use of a method of nanotechniques of magnetic character materials the nanostructural diamond composite material with a medial grit size 0,08 microns and hardness which corresponds to hardness of diamond composite materials with the size of grains 30 microns is gained. Comparative examination of temperature dependence of hardness of diamond nanostructural composites of various dispersibility is carried out. It is displayed, that thermostability of a diamond composite depends not only on a composition of the labilising component, but also from the size of diamond dusts. The gained effects specify in perspectivity of use of the gained material for a finish machining of nonferrous metals and alloys instead of natural diamonds.
issn 2223-3938
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134822
citation_txt Свойства и структура алмазных композитов инструментального назначения, полученных из порошков различной дисперсности / А.А. Шульженко, А.Н. Соколов, М.Г. Лошак, Л.И. Александрова, Н.И. Заика // 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. 169-176. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT šulʹženkoaa svoistvaistrukturaalmaznyhkompozitovinstrumentalʹnogonaznačeniâpolučennyhizporoškovrazličnoidispersnosti
AT sokolovan svoistvaistrukturaalmaznyhkompozitovinstrumentalʹnogonaznačeniâpolučennyhizporoškovrazličnoidispersnosti
AT lošakmg svoistvaistrukturaalmaznyhkompozitovinstrumentalʹnogonaznačeniâpolučennyhizporoškovrazličnoidispersnosti
AT aleksandrovali svoistvaistrukturaalmaznyhkompozitovinstrumentalʹnogonaznačeniâpolučennyhizporoškovrazličnoidispersnosti
AT zaikani svoistvaistrukturaalmaznyhkompozitovinstrumentalʹnogonaznačeniâpolučennyhizporoškovrazličnoidispersnosti
first_indexed 2025-11-26T19:12:10Z
last_indexed 2025-11-26T19:12:10Z
_version_ 1850769758615502848
fulltext ВЫПУСК 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 169 УДК 621.762.4.045:621.921.34 А. А. Шульженко, член-корр. НАН Украины; А. Н. Соколов, канд. техн. наук; М. Г. Лошак, докт. техн. наук; Л. И. Александрова, канд. техн. наук; Н. И. Заика, инженер Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина СВОЙСТВА И СТРУКТУРА АЛМАЗНЫХ КОМПОЗИТОВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПОРОШКОВ РАЗЛИЧНОЙ ДИСПЕРСНОСТИ With use of a method of nanotechniques of magnetic character materials the nanostructural diamond composite material with a medial grit size 0,08 microns and hardness which corresponds to hardness of diamond composite materials with the size of grains 30 microns is gained. Compara- tive examination of temperature dependence of hardness of diamond nanostructural composites of various dispersibility is carried out. It is displayed, that thermostability of a diamond composite depends not only on a composition of the labilising component, but also from the size of diamond dusts. The gained effects specify in perspectivity of use of the gained material for a finish machining of nonferrous metals and alloys instead of natural diamonds. Введение Разработка новых способов изготовления режущих элементов из алмазных поликри- сталлов и композитов с высокой твердостью на основе алмазных порошков имеет большое значение в практическом применении указанных материалов для финишной механической обработки точением цветных металлов и их сплавов, а также различных полимерных компо- зиционных материалов. Требования к инструментальному материалу (высокая его термостабильность, высокая химическая инертность, стойкость к абразивному износу) определяются самим процессом обра- ботки изделий. При резании различных по твердости и химическому составу материалов на ре- жущую кромку оказывается высокое давление, что сопровождается выделением большого коли- чества тепла. Высокие температуры помогают процессу резания, приводя к разупрочнению стружки, тем самым снижая силы резания, однако отрицательно влияют на инструмент [1]. Управление процессом формирования структуры поликристалла открывает возможности создавать в зависимости от областей применения материалы с требуемым сочетанием твердости, трещиностойкости, термостабильности физико-механических свойств. Поликристаллические сверхтвердые материалы (СТМ) по своим свойствам близки к монокристаллам, а по некоторым – превосходят их. Большинство алмазных поликристаллов обладают изотропией свойств, отли- чаются высокой износостойкостью и превосходят монокристаллы по трещиностойкости. Как известно [2], высокий уровень физико-механических свойств поликристалла оп- ределяется его высокодисперсной зеренной структурой, что непосредственно вытекает из экспериментально установленной зависимости твердости и предела текучести от размера зерна (соотношение Холла–Петча). Отсюда следует, что для получения поликристаллическо- го материала с плотной, однородной, мелкозернистой структурой перспективно использова- ние алмазных порошков нанометрического диапазона. При соответствующих условиях в на- нодисперсном поликристалле возможна реализация уникального комплекса механических свойств, например, сочетание очень высоких твердости и трещиностойкости. Однако при разработке технологии получения новых сверхтвердых материалов с ис- пользованием исходных наноматериалов важной проблемой является сохранение нанодис- персного состояния материала в процессе спекания. Кроме того, следует помнить о высокой структурной чувствительности механических свойств, что особенно остро проявляется при использовании наноматериалов. Особенностями структуры таких материалов являются ма- РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 170 лая величина кристаллитов и, соответственно, большая объемная доля границ, приграничных областей и тройных стыков нанозерен, высокий уровень внутренних напряжений; наличие примесей и других дефектов как собственно присущих наноматериалам, так и внесенных в процессе весьма сложной технологии их получения [2]. Существенное влияние на физико-механические свойства нанокристаллических материа- лов оказывает пористость. Поры, как правило, располагаются по границам зерен и в областях тройных стыков. Для порошковых наноматериалов особенно неблагоприятно наличие крупных пор, которые возникают в случае использования агломерированных нанопорошков [3]. Нами ранее было показано [4–7], что сочетание предварительной механической актива- ции исходной шихты с введением в нее активирующих добавок позволяет существенно повы- сить физико-механические характеристики (твердость в 1,7, а трещиностойкость почти в 2 раза) спеченного в условиях высокого давления и температуры алмазного нанокомпозита. Этот ре- зультат, прежде всего, достигнут за счет однородности микроструктуры спеченного композита и подавления процесса зарождения микротрещин благодаря введению активирующих добавок. Как уже выше отмечалось, одним из основных условий обеспечения эффективности обработки материалов резанием является термостабильность физико-механических свойств режущего поликристалла. Исходным сырьем для спекания алмазных поликристаллов служат порошки синтети- ческих алмазов. Очевидно, что физико-механические характеристики этих порошков оказы- вают существенное влияние на свойства получаемого поликристалла. Экспериментальные данные по температурной зависимости твердости синтетических алмазов в широком интервале температур были получены, в частности, в работе [8]. Было ус- тановлено существенное снижение твердости алмазов при температурах выше 700 К. Как было показано в [9, 10], одной из причин этого снижения является присутствие в кристаллах синте- тических алмазов включений сплава-растворителя, которые при высоких температурах явля- ются источниками дополнительных напряжений в кристалле из-за существенных различий в величине коэффициента теплового расширения алмаза и составляющих сплава-растворителя. Таким образом, исследование условий спекания, обеспечивающих получение термо- стабильных алмазных поликристаллов, является одной из ключевых задач создания высоко- эффективного режущего инструмента. Целью настоящей работы было исследование физико-механических свойств и струк- туры алмазных поликристаллических композиционных материалов, полученных из порош- ков различной дисперсности. Исходные материалы и методика эксперимента В качестве исходного материала использовали смеси нанопорошков алмаза статиче- ского синтеза АСМ5 0,1/0 и АСМ5 0,5/0, не подвергавшиеся предварительной химической очистке и термообработке в вакууме, фракционный и примесный состав которых соответст- вовал ДСТУ 3292–95 [11]. Согласно данным, полученным нами ранее методом просвечивающей электронной микроскопии, исходный порошок полностью состоит из агрегатов частиц. Общий диапазон размеров частиц в агрегатах – 20–250 нм. Основная составляющая – это частицы размером 20–70 нм пластинчатой формы. Для частиц размерами 100–250 нм характерна огранка мор- фологически плоскими поверхностями, мелкие частицы имеют сильно разрыхленные по- верхности огранки (в виде бахромы) [4]. Спекание при высоких давлениях проводили с использованием аппарата высокого давления (АВД) типа «тороид» с диаметром центрального углубления 13 мм, который обес- печивает спекание при давлениях до 8,0 ГПа. В качестве добавки, активирующей процесс спекания, был выбран оксид кобальта (CoO) [12]. ВЫПУСК 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 171 Подготовленную смесь активировали методом многократного изостатического прес- сования при давлениях от 1,1 до 5,0 ГПа. Спекание шихты проводили при давлении 8,0 ГПа, температуре 2000 К, продолжи- тельность спекания составляла 20–30 с. Для изучения микроструктуры материала и определения его физико-механических характеристик на одной из плоских поверхностей образцов после снятия поверхностного слоя были изготовлены шлифы, качество которых позволяло проводить исследования мик- роструктуры и обеспечивало минимальную погрешность при замерах на оптическом микро- скопе величины отпечатка индентора при определении твердости, а также длины трещин, образовавшихся в углах отпечатка при вдавливании индентора, по величине которых рассчи- тывали трещиностойкость материала KIC. Твердость образцов определяли на приборе ПМТ при вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды Виккерса при нагрузках от 5 Н (HV0.5) до 50 Н (HV5.0). Для контроля состояния алмазного индентора в обоих случаях использовали соответствующие эталоны. Твердость при высоких температурах определяли на установке для измерения микро- твердости алмазов и других сверхтвердых материалов, разработанной в Институте сверх- твердых материалов НАН Украины [13]. Установка позволяет измерять микротвердость в диапазоне температур 20–1000 ºС в вакууме 1,3·10-3 Па при нагрузках 0,1–10 Н. Испытания композитов выполнены при нагрузке 5 Н с выдержкой 30 с. Экспериментальные результаты В большинстве образцов, полученных при спекании шихты, содержащей в качестве растворителя углерода оксид кобальта, даже в микрообъемах не выявляется неалмазный уг- лерод. На микроэлектронограммах от различных участков образцов выявляются единичные точечные отражения, которые могут быть отнесены к соединениям кобальта [6]. Установленные особенности структурного состояния исследованных образцов позволяют заключить, что в условиях их спекания происходят процессы структурных превращений как на границах, так и в объеме частиц. Поскольку между зернами имеются сплошные границы, то это является свидетельством того, что при спекании проходят процессы диффузионного массопере- носа. Так как диффузионная подвижность алмазного углерода низка в исследованных термоди- намических условиях спекания (р = 8 ГПа, Т = 2000 К), то можно предположить, что диффузи- онный массоперенос алмаза обусловлен главным образом присутствием жидкой фазы. Рентгеноструктурный анализ образцов, спеченных в условиях высоких давлений и температур в системе Cалм + CoO, показывает на полное отсутствие чистого кобальта, кото- рый мог бы выступать в качестве жидкой фазы. Результатами исследований установлено, что большая часть активирующей добавки после спекания остается без изменений, а примерно 1/4 ее часть при взаимодействии с углеродом образует карбонат кобальта (CoCO3), который в условиях высоких давлений и температур является растворителем углерода и, по нашему мнению, является источником жидкой фазы в системе Cалм + СoO. В таблице приведены сравнительные данные физико-механических свойств получен- ных поликристаллов. Как следует из приведенных данных, наиболее высокими значениями твердости и трещиностойкости обладает образец, полученный спеканием шихты, содержащей 5 % (по массе) активирующей добавки. На рис. 1 приведены результаты изучения температурной зависимости твердости ал- мазного наноструктурного композита, полученного спеканием алмазных нанопорошков ста- тического синтеза с активирующей добавкой (CoO) в количестве 5 % (по массе). Для сравне- ния приведены температурные зависимости твердости монокристалла синтетического алмаза [8], АКТМ (размер алмазных зерен 25 мкм) и алмазного композита с элементами нанострук- туры (размер алмазных зерен 0,5 мкм) [14]. РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 172 Физико-механические свойства поликристаллических сверхтвердых материалов Образец Содержание растворителя углерода на основе ко- бальта, % (по массе) Размер зерен, нм Твердость HV, ГПа, при нагрузке на индентор 10 Н Трещиностойкость, МПа·м1/2 Алмазный нано- структурный поликристалл 0 50–80 32,5 3,8 Алмазный нано- структурный композит 2 50–80* 30,5 6,0 Алмазный нано- структурный композит 3 50–80* 44,8 6,5 Алмазный нано- структурный композит 5 50–80* 44,0 8,3 Алмазный нано- структурный композит 15 70–100 32,1 При нагрузке 10 Н трещины в углах отпечатка практи- чески отсутствуют * Встречаются также зерна размером 100–200 нм. 200 400 600 800 1000 1200 1400 10 20 30 40 50 60 70 Тв ер до ст ь H V, Г П а Температура, К Рис. 1. Температурная зависимость твердости монокристалла синтетического ал- маза (○), наноструктурного алмазного композита со средним размером частиц 0,08 мкм ( ), алмазного композита со средним размером частиц 0,5 мкм (□) и алмазного композита со средним размером частиц 25 мкм (◊). Алмазный композиционный материал АКТМ изготавливали из порошка зернистостью 28/20 путем пропитки кремнием при высоких давлениях и температурах. Структура такого композита представляет собой каркас из алмазных частиц (80–85 % от общего объема), меж- ду которыми находится карбид кремния, образовавшийся в процессе спекания композита, и ВЫПУСК 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 173 небольшое количество несвязанного кристаллического кремния. Алмазный композит с эле- ментами наноструктуры получали спеканием при высоких давлениях и температурах шихты, состоящей из порошка алмаза зернистости 1/0 (90 % (по массе)), оксида кобальта (5 % (по массе)) и кобальта (5 % (по массе)) [14]. Как следует из приведенных экспериментальных данных, полученный нами алмазный нанокомпозит отличается более высокой термостабильностью – при температуре 1000 К его твердость снижается в 1,4 раза, в то же время для алмаза, алмазного композита с элементами наноструктуры и АКТМ снижение твердости составляет соответственно 1,6; 2,4 и 2,5 раза. Анализ полученных данных позволяет также сделать вывод о том, что термостабильность спеченного алмазного композита обеспечивается не только благодаря введению активирующих процесс спекания добавок, но и за счет уменьшения размера зерен алмазов в исходной шихте. Обсуждение результатов Высокая термостабильность алмазного наноструктурного композита достигается за счет увеличения доли прочных контактов между зернами при спекании нанопорошков алмаза при высоких р,Т-параметрах. Вторая причина высокой термостабильности композита связана с при- месным составом спекаемых алмазных порошков. Как известно, с ростом размера зерен растет и содержание в них примесей и включений. Основным технологическим приемом получения мик- ропорошков и субмиропорошков (нанопорошков) статического синтеза является дробление бо- лее крупных фракций [15]. В процессе дробления значительная часть находящихся внутри кри- сталла включений металла-растворителя вскрывается и либо удаляется, либо переводится в ок- сиды при последующей химической очистке порошков, что в конечном итоге приводит к значи- тельному снижению содержания примесей в порошках более мелких фракций [16]. В [17] указывается, что для ковалентных кристаллов характер изменения твердости в зависимости от температуры можно толковать следующим образом. Скорость дислокаций в ковалентных кристаллах увеличивается экспоненциально с увеличением температуры, в со- ответствии с этим растет длина дислокаций при их движении, плотность дислокаций увели- чивается, в результате чего твердость уменьшается с температурой. Исходя из таких пред- ставлений, зависимость твердости от температуры можно представить в виде: exp , (1) где HV – твердость; k – постоянная Больцмана; T – температура; U – энергия активации движения дислокаций. На рис. 2 приведены зависимости твердости полученных поликристаллов от темпера- туры в координатах lnHV–1/T. Как следует из рис. 2, полученные нами и литературные экспериментальные данные по температурной зависимости твердости хорошо согласуются с зависимостью (1). При этом мы видим, что в случае поликристаллов фактически при одной и той же температуре 690– 710 К, что находится в пределах ошибки измерений) происходит изменение механизма дви- жения дислокаций. Кольштедт [18] показал, что перегибы на графиках в координатах lnH–1/Т для монокри- сталлов переходных карбидов свидетельствуют о том, что в интервале температур (0,25–0,66)Tпл (температура плавления) активируется ряд различных механизмов с переходом от одного меха- низма к другому в пределах очень специфических гомологических температур. Он предполо- жил, что доминантные механизмы в этих материалах определяются активной системой сколь- жения с переходом хрупкое–пластичное, происходящим около 0,33Tпл, т.е. при температурах, когда скольжение может происходить на {111} плотно упакованных плоскостях. Аналогичный результат был получен Харрисом, Бруксом и Тейлором [19] при изучении температурной зави- симости твердости композитов инструментального назначения на основе кубического нитрида РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 174 бора (cBN). Ими было показано, что изменение механизма движения дислокаций в композитах на основе cBN, содержащих TiC и TiN происходит при температурах около 0,4Tпл. 5 10 15 20 25 30 35 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 ln H V 10000/T, K-1 Рис. 2. Температурная зависимость твердости монокристалла синтетического ал- маза (○), наноструктурного алмазного композита со средним размером частиц 0,08 мкм ( ), алмазного композита со средним размером частиц 0,5 мкм (□) и алмазного композита со средним размером частиц 25 мкм (◊) в координатах lnHV–1/T. В работе [20] указывается, что рядом авторов экспериментально показано, что при расчетах прочности алмаза и оценке энергии активации движения дислокаций в нем при нормальном давлении следует использовать эффективную температуру плавления Тпл эфф ∼ 2000 К. Как отмечают авторы, эта температура соответствует температуре интенсивного протекания графитизации, поэтому переход алмаз–графит можно рассматривать как почти полное разупорядочение кристалла. А вот при расчетах в области термодинамической ста- бильности алмаза нужно использовать Тпл. ∼ 4000 К. Если принять во внимание отмеченное выше замечание, то получим для наших ал- мазных композитов значение изменения механизма движения дислокаций, равное 0,33Тпл.эфф, а для кристалла синтетического алмаза – 0,39Тпл.эфф, что хорошо согласуется с результатами Кольштедта и Харриса с соавторами. Таким образом, температурная зависимость твердости отражает изменения в струк- турном состоянии материала, причем изменение механизма формирования структурного со- стояния происходит при определенной температуре, что указывает на общность процессов, протекающих в алмазном композите, композите с элементами наноструктуры, нанокомпози- те, кристаллах синтетического алмаза. Испытания полученного алмазного наноструктурного композита в лезвийном инстру- менте показали его высокую эффективность, в частности, при прецизионном точении алю- миниевого сплава АМГ-6. Его применение позволяет снизить шероховатость обработанной поверхности до уровня Ra = 0,015–0,018 мкм [21]. Выводы 1. Впервые с использованием метода нанотехнологий порошковых материалов полу- чен наноструктурный алмазный композиционный материал со средним размером зерна 0, 08 мкм и твердостью, которая соответствует твердости алмазных композиционных материалов ВЫПУСК 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 175 с размером зерен 30 мкм. Полученный материал сохраняет твердость выше 23 ГПа при на- греве до температуры 1200 К. 2. Впервые показано, что термостабильность алмазного композита зависит не только от состава активирующей добавки, но и от размера алмазных порошков. 3. Показано, что температурная зависимость твердости отражает изменения в струк- турном состоянии материала, причем изменение механизма формирования структурного со- стояния происходит при определенной температуре, что указывает на общность процессов, протекающих в алмазном композите, композите с элементами наноструктуры, нанокомпози- те, кристаллах синтетического алмаза. 4. Полученные результаты указывают на перспективность использования нанокомпо- зиционного материала для финишной обработки цветных металлов и сплавов вместо при- родных алмазов. Литература 1. Інструменти з надтвердих матеріалів / Під ред. М. В. Новикова. – К.: ІНМ НАНУ, 2001. – 528 с. 2. Андриевский Р. А., Глезер А. М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. II. Механические и физические свойства // Физика металлов и металловедение. 2000. – 89, № 1. – С. 91 – 112. 3. Mayo M. J. Synthesis and application of nano-ceramics // Mater. Design. – 1993. – 29. – P. 323–329. 4. Шульженко А. А., Соколов А. Н., Гаргин В. Г. Активированное спекание алмазных нано- порошков в условиях высоких давления и температуры // Породоразрушающий и метал- лообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и применения. Вып. 7. – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля, 2004. – С. 101–106. 5. Shulzhenko A. A., Bochechka O. O., Sokolov A. N., Gargin V. G. The physico-mechanical properties of polycryctals produced by HP-TP sintering of diamond nanopowders // Deforma- tion and Fracture in Structural PM Materials. Proceeding of the International Conference DF PM 2005 Stara Lesna, September 27–30, 2005 / Editor: L. Parilak, H. Danninger. – Košice, Slovakia: IMR SAS, 2005. – P. 124–130. 6. Соколов А. Н., Шульженко А. А., Гаргин В. Г. Сверхтвердый наноалмазный композит инструментального назначения // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). – 2006. – 50, № 1. – С. 50–53. 7. Шульженко А. А., Соколов А. Н., Олейник Г. С. Получение в условиях высоких давлений и температур наноструктурных композитов инструментального назначения // Породораз- рушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовле- ния и применения. – Вып. 9. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2006. – С. 132–138. 8. Бакуль В. Н., Лошак М. Г., Мальнев В. И. Зависимость микротвердости синтетического алмаза от температуры // Всесоюзн. конф. «Новое в теории и практике создания и приме- нения синтетических сверхтвердых материалов». Тез. докл. – Ч. 1. – Синтез и исследова- ние свойств сверхтвердых материалов. – К.: 1977. – С. 25–28. 9. Гаргин В. Г. Термическое разрушение синтетических алмазов // Сверхтв. материалы. – 1982. – № 2. – С. 17–20. 10. Shulzhenko A. A., Varga L., Hidasi B. Strength and Thermal Resistance of Synthetic Di- amonds. – Refractory Metals and Hard Materials. – 1992. – 11. – P. 285–294. 11. Порошки алмазні синтетичні. Загальні технічні умови. ДСТУ 3292–95, К.: Держстандарт України, 1995. – 71 с. 12. Патент 21463 України, МПК7 С 22 С 26/00. Спосіб одержання композиційного матеріалу на основі нанопорошків алмазу / О. О. Шульженко, О. М. Соколов, В. Г. Гаргін, Н. О. Русінова. – Опубл. 15.03.07, Бюл. № 3. 13. Бакуль В. Н, Евдокименко В. В., Литвинова Л. И. и др. Установка для измерения микротвер- дости алмаза при высоких температурах // Синтетические алмазы, 1978. – Вып. 1. – С. 20–21. РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 176 14. Шульженко А. А., Лошак М. Г., Девин Л. Н., Гаргин В. Г., Александрова Л .И., Заика Н. И., Русинова Н. А. Механические характеристики алмазных композиционных материа- лов, полученных с использованием алмазов различных размеров // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и приме- нения. Вып. 9. – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля, 2006. – С. 139–145. 15. Никитин Ю. И. Технология изготовления и контроль качества алмазных порошков. – К.: Наук. думка, 1984. – 264 с. 16. Богатырева Г. П., Крук В. Б., Невструев Г. Ф., Билоченко В. А. Термохимическая очистка алмазных микропорошков // Сверхтв. материалы. – 1982. – № 3. – С. 29–32. 17. Hwang Y., Kim H., Cho S., Um Y. and Park H. Temperature dependence of Vickers hardness for Cd1−xMnxTe (0≤x≤0,82) single crystals // J. Cryst. Growth. – 2003. – 249, N 3–4. – P. 391–395. 18. Kohlstedt D.L. The temperature dependence of micro-hardness of the transition-metal carbides // J. Mater. Sci. – 1973. – 8, N 6. – P. 777–786. 19. Harris T. K., Brookes E. J. and Taylor C. J. The effect of temperature on the hardness of poly- crystalline cubic boron nitride cutting tool materials // Intern. J. Refract. Metals and Hard Mate- rials. – 2004. – 22, N 2–3. – P. 105–110. 20. Мильман Ю. В., Трефилов В. И. Разрушение тугоплавких материалов с ковалентной меж- атомной связью // Физика хрупкого разрушения. – Ч. 2. – К.: ИПМ АН УССР, 1976. С. 3–17. 21. Розенберг О. А., Шульженко А. А., Сохань С. В. и др. Прецизионное точение алюминие- вого сплава АМГ-6 алмазным наноструктурным инструментом // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и приме- нения. – Вып. 9. – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля, 2006. – С. 324–330. Поступила 01.07.07.

Схожі ресурси