Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур
At pressure 8 GPa the impregnation kinetics of the diamond micropowder АСМ 20/14 by liquid melt Со–Тi and Со–Мо of various concentrations have been experimentally studied. It is shown, that temperature dependences of impregnation coefficients are described by Arrhenius equation. Correlation between...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138421 |
| 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: | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур / Э.Н. Луцак, А.А. Бочечка, Л.А. Романко, А.С. Осипов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 191-197. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859867335580450816 |
|---|---|
| author | Луцак, Э.Н. Бочечка, А.А. Романко, Л.А. Осипов, А.С. |
| author_facet | Луцак, Э.Н. Бочечка, А.А. Романко, Л.А. Осипов, А.С. |
| citation_txt | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур / Э.Н. Луцак, А.А. Бочечка, Л.А. Романко, А.С. Осипов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 191-197. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | At pressure 8 GPa the impregnation kinetics of the diamond micropowder АСМ 20/14 by
liquid melt Со–Тi and Со–Мо of various concentrations have been experimentally studied. It is shown, that temperature dependences of impregnation coefficients are described by Arrhenius equation. Correlation between concentration dependences of impregnation coefficients and viscosity of corresponding binary liquid melt is determined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:49:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
191
УДК 621.921.34-492.2:536.421.5:539.89
Э.Н. Луцак, А.А. Бочечка, д-р техн. наук,
Л.А. Романко, А.С. Осипов, кандидаты технических наук
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ПРОПИТКА АЛМАЗНОГО ПОРОШКА РАСПЛАВАМИ Со–Мо,
Со–Ті ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР
At pressure 8 GPa the impregnation kinetics of the diamond micropowder АСМ 20/14 by
liquid melt Со–Тi and Со–Мо of various concentrations have been experimentally studied. It is
shown, that temperature dependences of impregnation coefficients are described by Arrhenius equ-
ation. Correlation between concentration dependences of impregnation coefficients and viscosity of
corresponding binary liquid melt is determined.
Введение
Межфазное взаимодействие углерода различных модификаций с никелем и кобальтом
при определенных термодинамических условиях является базой для получения искусствен-
ных графитов, синтеза алмазов и создания на их основе композиционных материалов. Спе-
кание алмазных микропорошков в присутствии этих металлов активирует процесс, позволяет
снизить температуру спекания и получить поликристаллический композит с улучшенными
физико-механическими свойствами [1]. Технологично наиболее удобным способом введения
жидкости в межалмазные промежутки является пропитка. При этом сохраняются контакты
между алмазными частицами и достигается максимальное заполнение пор.
Заполнение межалмазных промежутков веществом, образующим с алмазом стойкие
химические соединения при термобарических условиях, которые можно реализовать в аппа-
рате высокого давления (АВД), позволяет повысить термостабильность полученного алмаз-
ного композита. Таким веществом может быть один или несколько сплавов системы металл
группы железа – карбидообразующий элемент. Большое значение для выбора термобариче-
ских параметров получения таких композитов имеют закономерности миграции в пористой
среде под действием высокого давления жидкостей, образованных из указанных сплавов. В
настоящей работе приведены результаты исследования миграции расплавов кобальт–
молибден и кобальт–титан в среде, образованной в результате действия давления 8 ГПа на
алмазный порошок АСМ 20/14.
Методика исследования
Эксперименты при давлении 8 ГПа проводили в АВД типа тороид с центральным уг-
лублением диаметром 30 мм. Алмазный микропорошок АСМ 20/14 производства концерна
«АЛКОН» в условиях высокого давления пропитывали жидкой фазой, образованной при
нагреве в АВД сплавов кобальт–молибден и кобальт–титан. Содержание добавок в сплавах
составляло 5, 10, 20, 30, 50 % по объему. Образцы сплавов спекали в вакуумной печи при
температуре 1000 оС из смеси порошков кобальт–молибден, кобальт–гидрид титана.
Миграцию жидкой фазы в среду алмазного микропорошка в рабочем объеме АВД (рис.
1) изучали следующим образом. Строго по центру контейнера поместили стержень из иссле-
дуемого материала; между стержнем и трубчатым нагревателем засыпали исследуемый ал-
мазный порошок. Верхний диск, контактирующий со стержнем, изготовляли из проводящего
материала (графита), нижний — из непроводящего (графитоподобного нитрида бора – BN).
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
192
Рис. 1. Схема снаряжения рабочего объема при изучении кинетики пропитки: 1 – то-
коподвод; 2 – теплоизолирующая шайба; 3 – контейнер из литографского камня; 4 – графи-
товый нагреватель; 5 – металлический стержень; 6 – алмазный порошок; 7 – графитовый
диск; 8 – диск из графитоподобного BN; 9 – шайба из графитоподобного BN; 10 – графито-
вый диск
Снаряженный таким образом контейнер поместили в АВД и создали высокое давле-
ние 8,0 ГПа. На прессовой установке ДО 2000 силу тока нагрева и напряжение, подаваемые
на нагреватель, измерили прибором К505 (комплексный измеритель напряжения, силы тока
и мощности). Силу тока регистрировали самописцем H390 на диаграммной ленте. Для ис-
следования кинетики пропитки на персональном компьютере выполнили дополнительную
2
1
3
4
5
6
7
8
9
10
запись параметров нагрева – падение напряжения на нагревателе и силу тока, протекающего
через рабочий объем.
Записав изменение силы тока в процессе пропитки, можно зафиксировать как момент
ее начала, так и момент ее завершения, т. е. продолжительность миграции жидкой фазы t
(рис. 2). Расстояние l, пройденное за это время жидкой фазой, определяли по толщине про-
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
193
питанного алмазного цилиндрового слоя после из-
влечения его из АВД (рис. 3).
Коэффициент пропитки (или константу скорости
пропитки) вычисляли по полученным эксперимен-
тальным значениям l и t [2-4]:
t
l
k
2
.
Как показали записи, сделанные с помощью персо-
нального компьютера, мощность тока, протекающе-
го через ячейку высокого давления, практически не
изменяется в процессе пропитки алмазного порош-
ка (рис. 4). За записанными значениями мощности
тока нагрева в соответствии с методикой, описан-
ной в [1], определяли температуру в рабочем объе-
ме. Доверительные интервалы для значений T и k
при надежности = 0,95 не превышали 5
% их значений.
0 2 4 6 8 10 12 14
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
W
, у
.е
t, с
Результаты и их обсуждение
Температурная зависимость коэффициен-
та пропитки алмазного микропорошка АСМ
20/14 расплавами Со–Мо и Со–Тi показана на
рис. 5. В пределах погрешностей определения
коэффициента пропитки и температуры полу-
ченные зависимости описываются уравнением
Аррениуса (рис. 6):
RT
E
kk a
0 exp
,
где Еa – энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура, К.
I,
A
t, c
Рис. 2. Экспериментально зафиксиро-
ванное изменение силы тока, который про-
текает через ячейку высокого давления при
исследовании кинетики пропитки алмазного
порошка АСМ 20/14 жидкостью, мигри-
рующей из сплава Co–Mo
l
Рис. 3. Внешний вид образца после пропит-
ки алмазного порошка
Рис. 4. Изменение мощности
тока, протекающего через ячейку
высокого давления при исследовании
кинетики пропитки алмазного по-
рошка АСМ 20/14 кобальтом, кото-
рый мигрирует из сплава Co–Mo
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
194
1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
1,6
2,0
2,4
2,8
3,2
3,6
4,0
4,4
k
10
6
, м
2
/с
T,
o
C
2
1
Рис. 5. Температурная зависимость коэффициента пропитки алмазного микропо-
рошка АСМ 20/14 расплавами Со–Ті (1) и Со–Мо (2). Содержание Мо и Ті – 5 % по объему
Рис. 6. Температурная зависимость коэффициента пропитки алмазного микропо-
рошка АСМ 20/14 расплавами Со–Ti (а )и Со–Мо (б)в координатах ln k—1/T
Коэффициент пропитки алмазного микропорошка расплавом Со–Мо меньше коэф-
фициента его пропитки расплавом Со–Ті во всем температурном интервале при объемном
содержании добавок 5 %.
В работах [3; 4] было показано, что течение жидких никеля, кобальта и его сплавов
через пористые среды, образованные уплотненными в АВД алмазными порошками, описы-
вается законом Дарси [5; 6]. В дифференциальном виде этот закон имеет вид [3, 4]:
l
pK
dt
dl
п ,
где Kп – коэффициент проницаемости; Δp – перепад давления; η – динамическая вязкость
жидкости.
Для указанных случаев в соответствии с [7] при фиксированной температуре в тече-
ние пропитки коэффициент пропитки
pK
k
п2 остается практически постоянным. В ис-
следованном интервале температур величины Kп и Δp изменяются незначительно, поэтому
температурную зависимость коэффициента пропитки определяет в основном изменение вяз-
кости жидкой фазы.
104/T, K-–1
ln
k
4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4
-13,1
-13,0
-12,9
-12,8
-12,7
-12,6
-12,5
-12,4
-12,3
б
-12,2
ln
k
10 4/T, K-1
4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4
-13,0
-12,8
-12,6
-12,4
а
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
195
С увеличением содержания титана и молибдена в соответствующих сплавах увеличи-
вается вязкость жидкостей, пропитывающих алмазный порошок, и это приводит к уменьше-
нию коэффициентов пропитки (рис. 7).
Рис. 7. Зависимость коэффициентов пропитки алмазного микропорошка АСМ 20/14
расплавами на основе кобальта от объемной концентрации молибдена (1) и титана (2); р =
8 ГПа; Т = 1900 оС
При этом в системе Со–Ti коэффициенты пропитки снижаются более интенсивно и
при содержании добавки 20 % коэффициент пропитки для Со–Мо существенно превышает
коэффициент пропитки для Со–Ti.
Для описания вязкости бинарных никелевых сплавов в [8] применена формула А.
Эйнштейна [9], которая в физической химии используется для определения вязкости колло-
идных смесей:
VC5,21
0
, (1)
где вязкость смеси, 0 вязкость растворителя, СV объемная доля растворенного ве-
щества.
Исходя из формулы (1) и с учетом того, что коэффициент пропитки обратно пропор-
ционален вязкости жидкости, получаем:
VC
k
k
5,210 , (2)
где k коэффициент пропитки смеси, k0 – коэффициент пропитки растворителя.
Экспериментальные зависимости отношения коэффициента пропитки алмазного мик-
ропорошка АСМ 20/14 расплавом кобальта (k0) к коэффициентам пропитки расплавами на
его основе (k) от объемной доли добавок для обеих систем описываются линейными функ-
циями (рис.8). При этом считаем, что соотношения объемов добавок и основного вещества
(кобальта) в жидком и твердом состояниях не различаются. Различия заключаются в значе-
нии коэффициента около СV. На основании полученных данных приходим к выводу, что рас-
плав Со–Ti ближе к классическому варианту модели бинарного раствора, предложенного
А. Эйнштейном, чем Со–Мо.
0 10 20 30 40 50
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
2
1
k∙
10
6 , м
2 /с
CV, %
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
196
Рис. 8. Зависимости отношения коэффициента пропитки алмазного микропорошка
АСМ 20/14 расплавом кобальта (k0) к коэффициентам пропитки расплавами на его основе
(k) от объемной доли добавок: Т = 1900 оС; 1 – в соответствии с уравнением (2); 2 – Со–Ti;
3 – Со–Mо
Выводы
1. При давлении 8 ГПа экспериментально изучена кинетика пропитки алмазного микро-
порошка 20/14 кобальтом и расплавами Со–Ti и Сo–Mо. Содержание добавок в сплавах со-
ставляло 5, 10, 20, 30, 50 % по объему. Установлено, что пропитка расплавами Со–Mо и Со–
Ti происходит более медленно по сравнению с пропиткой чистым кобальтом. Температур-
ные зависимости коэффициента пропитки алмазных микропорошков расплавами Со–Mо и
Со–Ti описываются уравнением Аррениуса.
2. С увеличением содержания титана и молибдена в соответствующих сплавах происхо-
дит замедление движения жидкости через пористую систему, что приводит к уменьшению
коэффициентов пропитки. При этом в системе Со–Ti коэффициент пропитки уменьшается
интенсивнее и уже при содержании добавки 20 % коэффициент пропитки для Со–Mо суще-
ственно превышает коэффициент пропитки для Со–Ti.
3. Экспериментальные зависимости отношения коэффициента пропитки растворителя
(Со) к коэффициенту пропитки расплавов Со–Ti и Со–Mо от объемной доли добавок описы-
ваются линейной функцией, подобной функции А. Эйнштейна, которая описывает вязкость
бинарных растворов малой концентрации. Различия заключаются в значении коэффициента
около СV. При этом расплав Со–Ti более близок к классическому варианту модели бинарного
раствора, предложенного А. Эйнштейном, чем расплав Со–Mо.
Литература
1. Шульженко А.А., Гаргин В.Г., Шишкин В.А., Бочечка А.А. Поликристаллические ма-
териалы на основе алмаза. – К.: Наук. думка, 1989. - 192 с.
2. Еременко В.Н., Лесник Н.Д. О пропитке пористого карбида титана кобальтом, нике-
лем и их сплавами с медью // Порошковая металлургия. 1961. № 1. С. 4349.
3. Лисовский А.Ф. Миграция расплавов металлов в спеченных композиционных телах.
К.: Наук. думка, 1984. 256 с.
4. Бочечка А.А. Миграция жидкой фазы при спекании алмазных порошков методом
пропитки в условиях высоких давлений и температур // Сверхтвердые материалы. –
1999. – № 2. – С. 17–23.
5. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. М.: Гостоптех-
издат, 1960. 252 с.
6. Лыков А.В. Тепломассообмен: справочник. М.: Энергия, 1978. 480 с.
7. Бочечка А.А., Гаргин В.Г. Влияние жидкой фазы на уплотнение алмазных порошков
при термобарическом воздействии // Физико-химические процессы на межфазной
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
3
21
CV
k 0
/k
РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
197
границе при синтезе алмазов и формировании алмазосодержащих композитов. – К.:
ИСМ НАН Украины, 1993. – C. 8–15.
8. Леви Л.И., Козлов Л.Л., Шуголь Б.М. и др. О связи между некоторыми свойствами
бинарных никелевых сплавов в твердом и жидком состояниях. // Известия вузов. Чер-
ная металлургия. – 1978. – № 3. – С. 148 – 152.
9. Einstein A. Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen // Annalen der Physik. – 1906.
– F. 4. – B19. – S. 289–306.
Поступила 17.06.08
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138421 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:49:30Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Луцак, Э.Н. Бочечка, А.А. Романко, Л.А. Осипов, А.С. 2018-06-18T21:57:50Z 2018-06-18T21:57:50Z 2008 Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур / Э.Н. Луцак, А.А. Бочечка, Л.А. Романко, А.С. Осипов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 191-197. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138421 621.921.34-492.2:536.421.5:539.89 At pressure 8 GPa the impregnation kinetics of the diamond micropowder АСМ 20/14 by liquid melt Со–Тi and Со–Мо of various concentrations have been experimentally studied. It is shown, that temperature dependences of impregnation coefficients are described by Arrhenius equation. Correlation between concentration dependences of impregnation coefficients and viscosity of corresponding binary liquid melt is determined. 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 Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур Article published earlier |
| spellingShingle | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур Луцак, Э.Н. Бочечка, А.А. Романко, Л.А. Осипов, А.С. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| title | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур |
| title_full | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур |
| title_fullStr | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур |
| title_full_unstemmed | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур |
| title_short | Пропитка алмазного порошка расплавами Сo–Mо, Cо–Tі под действием высоких давлений и температур |
| title_sort | пропитка алмазного порошка расплавами сo–mо, cо–tі под действием высоких давлений и температур |
| topic | Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| topic_facet | Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138421 |
| work_keys_str_mv | AT lucakén propitkaalmaznogoporoškarasplavamisomocotípoddeistviemvysokihdavleniiitemperatur AT bočečkaaa propitkaalmaznogoporoškarasplavamisomocotípoddeistviemvysokihdavleniiitemperatur AT romankola propitkaalmaznogoporoškarasplavamisomocotípoddeistviemvysokihdavleniiitemperatur AT osipovas propitkaalmaznogoporoškarasplavamisomocotípoddeistviemvysokihdavleniiitemperatur |