Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂
Приведены результаты исследований процесса свободного спекания, микроструктуры и свойств высокоплотных Si₃N₄-материалов, полученных из нанодисперсных порошков композиционного состава Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂. Показано, что предел прочности при изгибе Rbm этих самоармированных материалов с низким содерж...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140230 |
| 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: | Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ / О.Н. Кайдаш // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2012. — Вип. 15. — С. 579-584. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-140230 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кайдаш, О.Н. 2018-06-26T06:53:25Z 2018-06-26T06:53:25Z 2012 Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ / О.Н. Кайдаш // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2012. — Вип. 15. — С. 579-584. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140230 539.216:621.762 Приведены результаты исследований процесса свободного спекания, микроструктуры и свойств высокоплотных Si₃N₄-материалов, полученных из нанодисперсных порошков композиционного состава Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂. Показано, что предел прочности при изгибе Rbm этих самоармированных материалов с низким содержанием стеклофазы превышает 900 МПа, трещиностойкость К1с>6,0 МПа×м¹/², применение предварительной газотермической обработки исходных композиций позволяет повысить их прочность за счет повышения однородности микроструктуры и количественной доли анизометричных зерен Si₃N₄ в материале. Наведено результати досліджень процесу вільного спікання, мікроструктури та властивостей високощільних Si₃N₄-матеріалів, отриманих з нанодисперсних порошків композиційного складу Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂. Показано, що межа міцності при згині Rbm цих самоармованих матеріалів з низьким вмістом склофази перевищує 900 МПа, тріщиностійкість К1с>6,0 МПа×м¹/², застосування попередньої газотермічної обробки вихідних композицій дає можливість збільшити їх міцність за рахунок підвищення однорідності мікроструктури та частки анізометричних зерен Si₃N₄ у матеріалі. The results of investigation of the pressureless sintering, microstructure and properties of high-density Si₃N₄-based materials prepared from nanodispersed Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ composite powders have been reported. It is shown that these self-reinforced materials with low content of glass phase have a bending strength Rbm above 900 MPa and fracture toughness К1с>6.0 MPa×m¹/², preliminary gas-thermal treatment of the initial powders increases strength owing to the homogeneous of microstructure and quantity of anisometric grains Si₃N₄ in the material. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ |
| spellingShingle |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ Кайдаш, О.Н. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title_short |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ |
| title_full |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ |
| title_fullStr |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ |
| title_full_unstemmed |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ |
| title_sort |
спекание и свойства самоармированных материалов si₃n₄–y₂o₃–al₂o₃–zrо₂ |
| author |
Кайдаш, О.Н. |
| author_facet |
Кайдаш, О.Н. |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| publishDate |
2012 |
| 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 |
Приведены результаты исследований процесса свободного спекания, микроструктуры и свойств высокоплотных Si₃N₄-материалов, полученных из нанодисперсных порошков композиционного состава Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂. Показано, что предел прочности при изгибе Rbm этих самоармированных материалов с низким содержанием стеклофазы превышает 900 МПа, трещиностойкость К1с>6,0 МПа×м¹/², применение предварительной газотермической обработки исходных композиций позволяет повысить их прочность за счет повышения однородности микроструктуры и количественной доли анизометричных зерен Si₃N₄ в материале.
Наведено результати досліджень процесу вільного спікання, мікроструктури та властивостей високощільних Si₃N₄-матеріалів, отриманих з нанодисперсних порошків композиційного складу Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂. Показано, що межа міцності при згині Rbm цих самоармованих матеріалів з низьким вмістом склофази перевищує 900 МПа, тріщиностійкість К1с>6,0 МПа×м¹/², застосування попередньої газотермічної обробки вихідних композицій дає можливість збільшити їх міцність за рахунок підвищення однорідності мікроструктури та частки анізометричних зерен Si₃N₄ у матеріалі.
The results of investigation of the pressureless sintering, microstructure and properties of high-density Si₃N₄-based materials prepared from nanodispersed Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ composite powders have been reported. It is shown that these self-reinforced materials with low content of glass phase have a bending strength Rbm above 900 MPa and fracture toughness К1с>6.0 MPa×m¹/², preliminary gas-thermal treatment of the initial powders increases strength owing to the homogeneous of microstructure and quantity of anisometric grains Si₃N₄ in the material.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140230 |
| citation_txt |
Спекание и свойства самоармированных материалов Si₃N₄–Y₂O₃–Al₂O₃–ZrО₂ / О.Н. Кайдаш // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2012. — Вип. 15. — С. 579-584. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kaidašon spekanieisvoistvasamoarmirovannyhmaterialovsi3n4y2o3al2o3zro2 |
| first_indexed |
2025-11-25T23:28:40Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:28:40Z |
| _version_ |
1850581358376648704 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
579
УДК 539.216:621.762
О. Н. Кайдаш, канд. техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА САМОАРМИРОВАННЫХ
МАТЕРИАЛОВ Si3N4–Y2O3–Al2O3–ZrО2
Приведены результаты исследований процесса свободного спекания,
микроструктуры и свойств высокоплотных Si3N4-материалов, полученных из
нанодисперсных порошков композиционного состава Si3N4–Al2O3–Y2O3–ZrО2. Показано, что
предел прочности при изгибе Rbm этих самоармированных материалов с низким
содержанием стеклофазы превышает 900 МПа, трещиностойкость К1с>6,0 МПа×м1/2,
применение предварительной газотермической обработки исходных композиций позволяет
повысить их прочность за счет повышения однородности микроструктуры и
количественной доли анизометричных зерен Si3N4 в материале.
Ключевые слова: нитрид кремния, Si3N4, нанодисперсный порошок, свободное
спекание, предел прочности при изгибе, трещиностойкость.
Нанокристаллическая керамика вызывает значительный интерес из-за возможности
получения новых свойств (механических, оптических, электрических, магнитных и др.),
чувствительных к размеру кристаллитов [1; 2]. В последнее десятилетие для изготовления
мелкозернистых материалов широко применяют нанодисперсные порошки [3]. Для этого
либо сепарируют наиболее мелкую фракцию порошков, полученных традиционным методом
(например, азотированием) путем седиментации или воздушной классификации, либо
разрабатывают новые процессы получения – наиболее активно развиваются способы
плазмохимического синтеза, совместного осаждения, разложения диимида или
высокоэнергетического размола.
Нитрид кремния исследователи интенсивно изучают более 40 лет [4]. Керамические
материалы на основе Si3N4 разработаны главным образом для высокотемпературного
применения. Нитрид кремния – соединение с преимущественно ковалентным типом связи –
при повышенной температуре обеспечивает малую деградацию прочности и
трещиностойкости, а высокое сопротивление ползучести контролируется процессами на
межзеренных границах. Обзор полученных за последние двадцать лет мелкозернистых
керамик на основе Si3N4 приведен в [5]. Получение наноразмерной керамики из
нанопорошков обеспечивается снижением температуры спекания и подавлением роста зерен.
Для этого широко используют давление в процессе спекания: горячее прессование, горячее
изостатическое прессование или спекание импульсными токами (SPS-процесс). Однако
наиболее дешевой технологией получения материалов остается свободное спекание.
В настоящей работе приведены результаты исследований по разработке
высокоплотного нитридокремниевого материала из нанодисперсных порошков
композиционного состава Si3N4–Al2O3–Y2O3–ZrО2 с использованием технологии свободного
спекания. Исходные порошки получены плазмохимическим синтезом путем азотирования
кремния полупроводниковой чистоты, содержащего добавки оксидов алюминия и иттрия, в
АО «Неомат» (г. Рига, Латвия). Отличительная особенность полученных порошков от
традиционных композиций состоит в том, что их фазовый состав формируется
непосредственно в процессе синтеза.
Для получения опытных образцов применяли исходный порошок (режим А), для
деагломерации порошок гомогенизировали (режим Б) и газотермически обрабатывали
(режим С) (табл. 1). Предварительная газотермическая обработка (ГТОБ) состояла из
Выпуск 15. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
580
многоступенчатого отжига, одновременно повышающего технологичность производства
(снижающего удельную поверхность порошков) и способствующего очищению от примесей
свободного кремния, кислорода и α→β фазовому переходу в Si3N4 (табл. 1), а также
последующего размола для гомогенизации композиции [6; 7].
Таблица 1. Характеристики порошков в исходном состоянии и после предварительной
газотермической обработки
Композиция,
% (по массе)
Sп,
м2/г
Фазовый состав, %
(по массе) Содержание компонента, % (по массе)
a/b- ZrO2 Siобщ Y Al Zr Примеси
Si3N4 Siсв С Fe, Ca
Si3N4–2Al2O3–
5Y2O3–5ZrO2
25 44/56* + 52,7 3,8 0,9 3,5 1,2 0,11 Следы
ГТОБ по С 13 32/68 + 0,2 0,02 Следы
* Следы аморфной фазы.
Для устранения влияния вредных технологических примесей железа или кальция
смеси обрабатывали в барабане, футерованном нитридом кремния шарами из нитрида
кремния в среде ацетона. В качестве пластификатора использовали 0,5%-ный раствор
синтетического каучука в бензине. Прессовали образцы в стальных прессформах при
давлении Р = 100 МПа. Пористость прессовок составляла 51–52%. Спекали смеси в печи
ЭСШВ с вольфрамовым нагревателем при температуре 1660–1750 °С в среде азота в течение
часа. При этом использовали тигли из SiC и засыпку из Si3N4.
Основные характеристики спекания приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные характеристики спекания нанодисперсной системы Si3N4–5Y2O3–
2Al2O3–5ZrO2 в зависимости от температуры спекания в азоте и вида предварительной
обработки
Режим Т, °C Усадка
Dl /l, %
Потеря массы
Dm/m, %
Плотность D,
г/см3
Остаточная
пористость, %
1660 14,5 0,05 3,16 6–14
A 1700 17,4 0,3 3,28 2
1750 17,5 1,0 3,24 3–6
1660 16,7 0,08 3,25 4-5
Б 1700 17,4 0,2 3,28 2–3
1750 17,5 0,6 3,26 3
1660 16,8 0,02 3,26 3–5
С 1700 17,3 0,2 3,30 2
1750 17,4 0,5 3,27 3
Примечание. Теоретическая плотность материала 3,36 г/см3
Превращения при нагреве исходных порошковых композиций в температурном
интервале 25–1700 °С в среде аргона исследовали дифференциальным термическим
анализом на приборе ДТА/ДСК, разработанном в Институте сверхтвердых материалов им. В.
Н. Бакуля НАН Украины [8]. Скорость нагрева составляла 60 °С/мин.
Структуру исходных порошков и спеченных образцов изучали комплексно:
рентгеновским фазовым анализом, просвечивающей электронной микроскопией тонких
фольг и угольных реплик от естественных изломов образцов, растровой электронной
микроскопией по шлифам и изломам, рентгеноспектральным микроанализом. При этом
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
581
использовали дифрактометр ДРОН-2, просвечивающий электронный микроскоп ПЭМ-У,
растровый электронный микроскоп с микроанализатором Camebax SX-50.
Прочностные характеристики определяли при комнатной температуре методом
трехточечного изгиба на шлифованных штабиках размером 3,5×5×45 мм на разрывной
машине Heckert, расстояние между опорами – 30 мм. Твердость по Виккерсу измеряли при
нагрузке 10 Н цифровым микротвердомером Matsuzawa MXT70. Вязкость разрушения
рассчитывали по стандартной методике, измеряя длину радиальных трещин из углов
отпечатков индентора Виккерса.
В исходном состоянии нанодисперсные частицы округлой формы образуют
преимущественно точечные и мостиковые связи. Встречаются также агрегаты частиц в виде
рыхлых конгломератов. После отжига в порошке содержатся главным образом
поликристаллические беспористые конгломераты, которые представляют собой группы
частиц, соединенных связующей фазой. Между конгломератами имеются точечные и
мостиковые связи. Таким образом, при газотермическом отжиге происходит конгломерации
частиц вследствие образования межзеренной стеклофазы, которая фактически определяет
спекание частиц в свободно насыпанном состоянии. Судя по спектрам распределения
элементов, межзеренная связка содержит Y, Al и O.
Рентгеновский фазовый анализ исходного порошка выявил небольшое количество
аморфной фазы, a-Si3N4 и b-Si3N4. После отжига в композиции увеличилось содержание b-
Si3N4 (см. табл. 1).
Анализируя результаты дифференциального термического анализа исходной
порошковой композиции приходим к выводу, что экзоэффект при температуре 1075 °С
связан с газовыделением, приводящим к очистке поверхностных слоев от кислорода
(улетучиванию SiO2) и известным при спекании нанодисперсных порошков.
Двухступенчатый эндоэффект в температурном интервале 1250–1400 °С обусловлен
плавлением стеклофазы переменного состава, которая кристаллизуется при охлаждении в
температурном интервале 1370–1220 °С. Рентгеновский структурный анализ подтвердил, что
экзоэффект при температуре 1475 °С связан с a→b превращением в Si3N4. Согласно
результатам исследований Митомо, для получения мелкозернистой керамики
предпочтительнее использовать узкое распределение размера зерен в b-Si3N4 [9].
Образующаяся на основе добавок оксидов стеклофаза положительно влияет на
уплотнение при свободном спекании и обеспечивает получение плотных материалов,
формирование зеренной структуры с высоким содержанием анизометричных зерен,
характеризующихся высоким фактором формы, а также способствует упрочнению. В то же
время наличие стеклофазы значительно ухудшает высокотемпературные свойства
материалов – снижаются прочность и сопротивление ползучести. Одно из эффективных
решений повышения этих свойств – кристаллизация межзеренной фазы.
Микроструктура керамики на основе нитрида кремния бимодальна и состоит из
мелких равноосных и удлиненных зерен. В образцах, спеченных в температурном интервале
1660–1750 °С присутствуют зерна Si3N4 трех морфологических разновидностей: два вида
равноосных, имеющих округлую и полиэдрическую форму, и удлиненные с морфологически
прямолинейными поверхностями огранки по длине. Количественная доля и масштаб зерен
изменяется с повышением температуры спекания образцов. Наибольшая доля
анизометричных зерен характерна для образцов, полученных на основе порошков,
прошедших предварительную термообработку. Именно наличие в мелкозернистой структуре
анизометричных зерен с высоким фактором формы обеспечивает высокие механические
свойства материалов [4]. В участках, где сосредоточены округлые зерна, и местах
сопряжения зерен различной морфологии содержится связующая фаза. Объемное
содержание этой фазы составляет ~ 5%, а после ГТОБ – ~ 7%. Она образует сплошные
прослойки толщиной £ 0,001 мкм и изолированные включения размерами 0,005–0,05 мкм.
Выпуск 15. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
582
По данным рентгеноспектрального анализа можно заключить, что фазы в образцах
распределяются однородно. Кроме того, имеются локальные участки, обогащенные Y, N, O.
Это позволяет предположить, что при спекании образуется также оксинитрид.
Микроструктура всех полученных материалов мелкозернистая. Именно наличие
аморфного нитрида кремния в исходных композициях способствует гомогенному
зародышеобразованию, и, таким образом, значительному измельчению структуры [10].
Прочностные свойства полученных материалов сравнимы с прочностью материалов на
основе нитрида кремния при спекании без давления [11; 12].
Таблица 3. Физико-механические свойства материалов Si3N4–5Y2O3–2Al2O3–5ZrO2
(твердость по Виккерсу НV, трещиностойкость К1с, предел прочности при изгибе Rbm и
модуль Юнга Е ) в зависимости от температуры спекания в азоте и вида
предварительной обработки
Режим Т, °C HV, ГПа К1с, МПа×м1/2 Rbm, МПа Е, ГПа
1660 15,3±0,5 3,6±0,5 850±60 275
A 1700 15,9±0,3 3,9±0,4 900±80 285
1750 15,7±0,3 6,1±0,4 850±130 283
1660 15,4±0,4 3,8±0,4 800±110 273
Б 1700 15,9±0,3 4,0±0,3 950±60 283
1750 15,8±0,2 5,8±0,2 910±80 282
1660 15,3±0,6 6,1±0,3 720±120 273
С 1700 15,9±0,6 6,9±0,2 980±40 289
1750 15,8±0,2 6,5±0,2 930±70 279
Увеличение прочностных характеристик (табл. 3) для термически обработанной
смеси, по-видимому, связано с более высокой дисперсностью зерен, однородным
распределением зерен различной морфологии и повышением количества анизотропных
зерен, обеспечивающих самоармирование материала. Так, при переходе от режима А к
режиму С (ГТОБ) средний размер равноосных зерен уменьшился с 200 до 150 нм, фактор
формы анизометричных зерен увеличился с 3,8 до 5 (см. рисунок).
а б в
Типичные электронные микрофрактограммы (изображение на просвет угольных реплик от
изломов) образцов из Si3N4–5Y2O3–2Al2O3–5ZrO2, спеченных при температуре 1750 °С в
течение часа из композитов, предварительно обработанных по режимам A (а), Б (б), С (с)
(×5400)
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
583
Твердость полученных материалов невысокая. Как правило, более высокой
твердостью обладают грубозернистые материалы, где содержится остаточная фаза a-Si3N4. С
увеличением содержания оксидной фазы в композите твердость снижается [13]. Из
литературы известно, что мелкозернистая структура всегда обладает более низкой
трещиностойкостью по сравнению с грубозернистой [10]. Попытки увеличить К1с
материалов [14] привели к пониманию того, что трещиностойкость напрямую зависит от
содержания Al в b'-SiAlONе, формирующемся на удлиненных зернах b-Si3N4.
Выводы
1. Экспериментально показана возможность получения свободным спеканием
материалов на основе ковалентного соединения Si3N4 теоретической плотности за счет
использования нанокомпозиций с удельной поверхностью 10–22 м2/г.
2. Установлено влияние технологических параметров получения на прочность
материала. Изучена взаимосвязь физико-механических свойств композита с размером зерна
тугоплавкой составляющей и пористостью.
3. Получены материалы системы Si3N4–5%Y2O3–2%Al2O3–5%ZrО2 с пределом
прочности при изгибе 980 МПа, твердостью по Виккерсу 15,9 ГПа, трещиностойкостью 6,9
МПа×м1/2, модулем Юнга 269 ГПа.
Наведено результати досліджень процесу вільного спікання, мікроструктури та
властивостей високощільних Si3N4-матеріалів, отриманих з нанодисперсних порошків
композиційного складу Si3N4–Al2O3–Y2O3–ZrО2. Показано, що межа міцності при згині Rbm
цих самоармованих матеріалів з низьким вмістом склофази перевищує 900 МПа,
тріщиностійкість К1с>6,0 МПа×м1/2, застосування попередньої газотермічної обробки
вихідних композицій дає можливість збільшити їх міцність за рахунок підвищення
однорідності мікроструктури та частки анізометричних зерен Si3N4 у матеріалі.
Ключові слова: нітрид кремнію, Si3N4, нанодисперсний порошок, вільне спікання,
межа міцності при згині, тріщиностійкість.
The results of investigation of the pressureless sintering, microstructure and properties of
high-density Si3N4-based materials prepared from nanodispersed Si3N4–Al2O3–Y2O3–ZrО2
composite powders have been reported. It is shown that these self-reinforced materials with low
content of glass phase have a bending strength Rbm above 900 MPa and fracture toughness
К1с>6.0 MPa×m1/2
, preliminary gas-thermal treatment of the initial powders increases strength
owing to the homogeneous of microstructure and quantity of anisometric grains Si3N4 in the
material.
Key words: silicon nitride, Si3N4, nanodispersed powder, pressureless sintering, bending
strength, fracture toughness.
Литература
1. Lu K. Sintering of nanoceramics // Intern. Mater. Rev. – 2008. – 53, N 1. – Р. 21–38.
2. Wang X. H., Chen I. W. Sintering of Nanoceramics, ch. 12: Nanomaterials // Handbook,
Boca Raton, Taylor and Francis Group, USA, 2006. – Р. 359–382.
3. Кайдаш О. Н. Спекание нанодисперсной керамики генетического происхождения
(обзор) // Породоразрушающий и металлобрабатывающий инструмент – техника и
технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля
НАН Украины, 2010. – Вып. 13. – C. 357–362.
4. Riley F. Silicon Nitride and Related Materials // J. Am. Ceram. Soc. – 2000. – 83, N 2. –
P. 245–265.
5. Fabrication of silicon nitride nanoceramics - Powder preparation and sintering: A review /
T. Nishimura, X. Xu, K. Kimoto et al. // Sci. and Technology of Advanced Mater. – 2007. –
N 8. – Р. 635–643.
6. Изменение дисперсности и фазового состава ультрадисперсных порошков нитрида
кремния / Я. А. Крыль, А. А. Исаков, С. А. Артемюк, В. В. Чередниченко //
Порошковая металлургия. – 1993. – № 3. – С. 8–13.
Выпуск 15. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
584
7. Крыль Я. А., Кайдаш О. Н., Павлова Е. Ю. Некоторые физико-химические и
технологические свойства порошков нитрида кремния // Сверхтвердые материалы. –
1993. – № 3. – С. 23–30.
8. Золотухин А. В. Метод и прибор синхронного ДТА / ДСК для исследования и
контроля материалов в диапазоне температур 300-2100 К // Сверхтвердые матер. –
1996. – № 1. – С. 15–24.
9. Fine-Grained Silicon Nitride Ceramic Prepared from b-Powder / M. Mitomo, H. Hirotsuru,
T. Nishimura, Y. Bando // J. Am. Ceram. Soc. – 1997. – 80, N 1. – P. 211–214.
10. Šajgalik P., Dusza J. Preparation and properties of fine Si3N4 / Silicon Nitride 93. Key
Engineering Materials. – Trans. Tech. Publ., Switzerland, 1994. – 89–91. – P. 171–174.
11. Hermel W., Herrmann M., Schulz I. Sintering and microstructure of Si3N4-materials //
Silicon Nitride 93. Key Engineering Materials. – Trans. Tech. Publ., Switzeland, 1994. –
89–91. – Р. 181–186.
12. Effect of powder characteristics on sintering behavior of silicon nitride / T. Yamada, Y.
Kanetsuki, K. Fueda et al. // Silicon Nitride 93. Key Engineering Materials. – Trans. Tech.
Publ., Switzeland, 1994. – 89–91. – Р. 177–180.
13. Knutson-Wedel M., Flak L. K. L., Ekström T. Si3N4 ceramics formed with different metal
oxide additives – control of microstructure and properties / Silicon Nitride 93. Key
Engineering Materials. Trans. Tech. Publ., Switzerland, 1994. – 89–91. – P. 153–158.
14. Microstructiral Design of Silicon Nitride with Improved Fructure Touhgness: II, Effect of
Yttria and Alumina Additives / E. Y. Sun, P. F. Becher, K. P. Plucknett et al. // J. Am.
Ceram. Soc. – 1998. – 81, N 11. – P. 2831–2840.
Поступила 31.05.12
УДК 621.922.079..678
В. В. Возный, канд. техн. наук., С. Ф. Студенец, В. Е. Мельник,
В. В. Мельниченко, А. А. Микищенко
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ЭФФЕКТА ПОДРЕЗАНИЯ ПРИ
ФОРМООБРАЗОВАНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ИМПЛАНТАТОВ КОЛЕННОГО СУСТАВА
Рассмотрены вопросы, связанные со взаимным расположением инструмента и
обрабатываемой детали и изменением их расположения в процессе формообразования
поверхности. Установлены закономерности изменения их взаимного расположения и
величина подрезания. Для обеспечения точности обработки предложены эффективные
способы устранения подрезания.
Ключевые слова: формообразование поверхностей, смещение, поворот, подрезание,
спираль Архимеда, бедренный элемент, эндопротез коленного сустава.
Введение
При формообразовании поверхностей сложнопрофильных элементов имплантатов
коленного сустава одним из основных факторов, влияющих на точность обработки, является
взаимное расположение, как в начальный момент, так и в процессе обработки инструмента и
детали.
Следует отметить, что изменение расположения инструмента (взаимное смещение и
поворот осей) относительно обрабатываемой детали существенно влияет на точность и
качество обрабатываемой поверхности. Так, при формообразовании поверхности бедренного
элемента имплантатов коленного сустава инструментом со сферической формой рабочей
|