Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0
The high pressure – high temperature sintering of the diamond powders with addition of tungsten has been studied. The density and the hardness of the sintered composites have been measured and the X-ray phase analyses of the composites has been conducted. The composite material with high physic...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20942 |
| 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: | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 / А.А. Бочечка, Н.Ф. Гадзыра, С.Н. Назарчук, В.С. Гаврилова, Л.А. Романко, Н.Н. Белявина, А.И. Черниенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 244-247. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859756350584651776 |
|---|---|
| author | Бочечка, А.А. Гадзыра, Н.Ф. Назарчук, С.Н. Гаврилова, В.С. Романко, Л.А. Белявина, Н.Н. Черниенко, А.И. |
| author_facet | Бочечка, А.А. Гадзыра, Н.Ф. Назарчук, С.Н. Гаврилова, В.С. Романко, Л.А. Белявина, Н.Н. Черниенко, А.И. |
| citation_txt | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 / А.А. Бочечка, Н.Ф. Гадзыра, С.Н. Назарчук, В.С. Гаврилова, Л.А. Романко, Н.Н. Белявина, А.И. Черниенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 244-247. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The high pressure – high temperature sintering of the diamond powders with addition of
tungsten has been studied. The density and the hardness of the sintered composites have been measured and the X-ray phase analyses of the composites has been conducted. The composite material
with high physical-mechanical properties has been obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-02T01:41:28Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
244
7. Дибориди титану/алюмінію в композитах, отриманих реакційним спіканням при ви-
сокому тиску в системі cBN–TiC–Al / Н. П. Беженар, С. А. Божко, Т. А. Гарбуз та ін. //
Сверхтвердые материалы. – 2008. – №5.– С. 40–50.
8. Боримский А.И., Новиков Н.В. Аппараты высокого давления для синтеза и спекания
сверхтвердых материалов // Сверхтвердые материалы: Моногр. в 6 т. Т.1. Синтез ал-
маза и подобных материалов. – Киев: Алкон 2003.– С. 29–95.
Надійшла 01.06.09
УДК 621.921.34-492.2:536.421.5:539.89
А. А. Бочечка1, Н. Ф. Гадзыра3, доктора технических наук, С. Н. Назарчук1,
В. С. Гаврилова1, Л. А. Романко1, канд. техн. наук, Н. Н. Белявина2, канд. физ.-мат. наук,
А. И. Черниенко2,
1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
2Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Украина
3Институт проблем материаловедения им. И. М. Францевича НАН Украины, г. Киев
КОМПОЗИТ АЛМАЗ-КАРБИД ВОЛЬФРАМА НА ОСНОВЕ АЛМАЗНОГО
ПОРОШКА АСМ 1/0
The high pressure – high temperature sintering of the diamond powders with addition of
tungsten has been studied. The density and the hardness of the sintered composites have been meas-
ured and the X-ray phase analyses of the composites has been conducted. The composite material
with high physical-mechanical properties has been obtained.
Введение
Создание композиционного материала на основе алмазных микропорошков с высокой
твердостью и трещиностойкостью перспективно для его применения в качестве рабочего
элемента инструмента как при чистовой обработке широкого класса материалов, так и при
буровых работах. В этой связи повышение эффективности спекания алмазных порошков яв-
ляется актуальной задачей.
Одна из проблем при воздействии высокой температуры и высокого давления на по-
рошки алмаза – графитизация алмазных частиц в процессе спекания. Графитизация препят-
ствует прочной взаимосвязи алмазных частиц и формированию прочного и твердого поли-
кристалла [1]. При этом следует заметить, что для алмазных порошков с уменьшением раз-
мера зерна графитизация происходит интенсивней в процессе спекания при одинаковых тер-
модинамических параметрах. Так, для нанопорошка алмаза детонационного синтеза интен-
сивная графитизация начинается при температуре 1200 оС в основном через газовую фазу
при взаимодействии алмаза с кислородом или кислородсодержащими соединениями [2].
В связи с изложенным перед спеканием алмазных порошков с размером зерна менее
1 мкм предпочтительно проводить их дегазацию с герметизацией рабочего объема аппарата
высокого давления (АВД) [2]. Введение в рабочий объем добавки (как гетера кислорода)
также препятствует графитизации композитов [3] и приводит к образованию сплошных гра-
ниц путем реакционного спекания между алмазной матрицей и армирующей составляющей.
Применение в качестве добавки карбид вольфрама повышает физико-механические характе-
ристики композитов [4]. Проблема гомогенности структуры спеченных композитов, равно-
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
245
мерного распределения добавки по объему решается при введении добавки химическим пу-
тем в алмазные порошки.
Цель настоящей работы – проанализировать результаты исследования зависимости
физико-механических свойств образцов композита, спеченных на основе алмазного порошка
с введенной химическим путем добавкой вольфрама, от ее количества и термобарических
параметров спекания.
Методика исследования
Для приготовления образцов использовали алмазный микропорошок статического
синтеза АСМ 1/0 в состоянии поставки. В порошок химическим путем вводили оксид вольф-
рама (WO3) в разных массовых соотношениях. Металл из оксида восстанавливали отжигом
приготовленных смесей в среде водорода.
Десорбцию газов из спрессованных из смесей компактов, осуществляли путем термо-
обработки в вакууме при температуре 500 оС до давления остаточных газов 10-3 Па. Гермети-
зацию рабочего АВД осуществляли механически. Спекание проводили в АВД типа «тороид»
с диаметром центрального углубления 20 мм [1] при давлении 8 ГПа в течении 20 с в широ-
ком температурном диапазоне. Плотность спеченных поликристаллов определяли гидроста-
тическим взвешиванием в дистиллированной воде [5]. Твердость образцов определяли мето-
дом индентирования с нагрузкой на индентор Кнупа, равной 9,8 Н [6]. Погрешность опреде-
ления твердости при надежности 0,95 не превышала 2 ГПа. Фазовый анализ спеченных об-
разцов композита осуществляли на основании данных о дифракции на полученных образцах
рентгеновского Cu Kα излучения [7].
Результаты
Исследован характер изменения плотности образцов композита в зависимости от тем-
пературы спекания в АВТ смесей алмазного порошка АСМ 1/0 с различным содержанием
вольфрама. Во всем исследуемом интервале температур с повышением температуры спека-
ния образцов увеличивается их плотность (рис. 1, а). Плотность поликристаллов, спеченных
из алмазного порошка АСМ 1/0 без добавки, максимальная при температуре Т = 1800 °C,
уменьшается с повышением температуры спекания за счет графитизации (см. кривую 1 на
рис. 1 а). Спекание алмазного порошка с добавлением вольфрама приводит к реакционному
взаимодействию. Происходит химическая реакция, во время которой вольфрам с углеродом
образует карбид вольфрама, который заполняет промежутки между алмазными частицами,
что увеличивает прочность и трещиностойкость материала.
Твердость получаемых образцов (ее значения показаны на рис. 1 б, за исключением
кривой 3) имеет тенденцию к снижению с повышением температуры, особенно свыше
Т = 1800 °C.
1200 1400 1600 1800 2000
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
5
,
г/
см
3
T, oC
1
2
3
4
6
a
1400 1600 1800 2000
8
12
16
20
24
H
, Г
П
а
T, C
6
5 4
3
2
1
б
Рис. 1. Зависимости плотности (а) и твердости (б) образцов, спеченных из алмазного по-
рошка АСМ 1/0 (1) с добавлением вольфрама в количестве 10 % (масс.) (2), 16 % (3), 21 %
(4), 29 %(5), 47 % (6), от температуры спекания
Характер изменения твердости материала зависит как от количества добавки, так и от
температуры спекания образцов композита (рис. 2). С повышением температуры спекания
поликристаллов на основе алмазного порошка АСМ 1/0 твердость снижается. Твердость об-
разцов с добавлением вольфрама снижается при значительно более высокой температуре. С
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
246
увеличением содержания добавки вольфрама при температурах спекания 1530 и 1830 °C ха-
рактер изменения твердости одинаковый. Сначала при содержании добавки 10 % (масс.)
твердость повышается до 22–23 ГПа, а затем с увеличением содержания добавки до 47 % –
снижается до 16 ГПа. При температуре спекания 1950 °C твердость не превышают 16 и
17 ГПа для концентрации добавки соответственно 21 и 29 % (масс.).
0 10 20 30 40 50
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
C
m
, %
H
, Г
П
а
1830 oC
1530 oC
1950 oC
Рис. 2. Зависимости твердости материала от количества добавки вольфрама
при различных температурах спекания
Из данных, приведенных в таблице, следует, что при содержании добавки 16 %
(масс.) в образцах присутствует оксид вольфрама WO2, количество которого увеличивается с
увеличением содержания добавки. При этом уменьшается содержание карбида вольфрама,
который образуется в процессе реакционного спекания, что приводит к снижению твердости
образцов. Появление значительного количества остатка WO2 в композите свидетельствует о
неполном восстановлении металла из оксида вольфрама WO3 в процессе отжига приготов-
ленных смесей (алмазного порошка с добавкой) в среде водорода.
Влияние термобарических параметров спекания на фазовый состав композиционного
материала, спеченного из смеси алмазного порошка с добавлением вольфрама (давле-
ние составляет 8 ГПа)
Относительная интенсивность рентгеновских линий Содер-жание
добавки, %
(масс.)
Темпера-
тура спека-
ния, оС C (алмаз) WC WO2 C (графит)
1420 60 37 3 –
1500 49 51 - –
1710 46 52 - 2
1860 41 53 - 5
10
2000 45 55 - –
1420 40 45 3 –
1500 41 55 4 –
1710 33 62 5 –
1860 31 64 5 –
16
2000 45 30 - –
1270 50 28 - –
1480 39 25 16 –
1530 29 49 17 –
1810 31 50 9 –
21
1940 28 55 11 –
Отсутствие графита в образцах объясняется тем, что при спекании алмаз сразу всту-
пает в химическое взаимодействие с непрореагировавшим вольфрамом. Также возможно
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
247
отсутствие графитизации, так как вольфрам является геттером кислорода, а пока весь вольф-
рам не превратится в карбид вольфрама, он будет связывать кислород.
Таким образом, введение химическим путем в алмазный порошок АСМ 1/0 достаточ-
ного количества добавки вольфрама исключает графитизацию по всему объему образцов,
спеченных в температурном диапазоне 1200–2000 С. Наиболее удачными явились образцы с
твердостью 22 и 23 ГПа, спеченные при температуре соответственно 1530 и 1830 С с содер-
жанием добавки 10 % (масс.). Физико-механические свойства поликристаллов с содержани-
ем добавки более 16 % (масс.) сравнительно низкие. Повысить их можно в результате отра-
ботки методики отжига приготовленных смесей в водороде, исключив остаток оксида
вольфрама.
Выводы
1. При добавлении вольфрама а алмазный порошок АСМ 1/0 во всем исследуемом ин-
тервале температур плотность образцов увеличивается с повышением температуры спека-
ния. Плотность поликристаллов, спеченных из алмазного порошка АСМ 1/0 без добавки,
максимальная при температуре Т = 1800 °C и уменьшается с повышением температуры спе-
кания.
2. Твердость образцов спеченных с добавлением вольфрама в алмазный порошок
АСМ 1/0 снижается при более высокой температуре по сравнению с поликристаллами полу-
ченных из этого порошка без добавки.
3. Появление остатка WO2 в композите свидетельствует о неполном восстановлении
металла из оксида вольфрама WO3 в процессе отжига в среде водорода смесей алмазного
порошка с добавкой. С увеличением количества оксида вольфрама WO2 уменьшается содер-
жание карбида вольфрама, что приводит к снижению твердости образцов.
4. Введение химическим путем добавки к алмазному порошку АСМ 1/0 исключает
процесс графитизации по всему объему образцов, спеченных в температурном диапазоне
1200–2000 С.
Литература
1. Шульженко А. А., Гаргин В. Г., Шишкин В. А., Бочечка А. А. Поликристаллические
материалы на основе алмаза. – К.: Наук. думка, 1989. – 192 с.
2. Бочечка А. А., Романко Л. А., Гаврилова В. С., и др. Особенности спекания алмазных
порошков различной дисперсности в условиях высокого давления // Сверхтвердые
матер. – 2007. – № 1. – С.24–31.
3. Пат. 3145690 ФРН, МКІ3 С 04 В 39/00. Verfaren zum Herstellen von Drahtziehstein -
Presskörpern, insbesondere Diamantpress-körpern und das Produkt des Verfahrens / H. S.
Cho. – Опубл. 26.08.83.
4. Бочечка А. А.,. Романко Л. А., Шаповалов Д. Ю., Назарчук С. Н. Влияние карбидов
переходных металлов на получение композитов на основе алмазного нанопорошка
детонационного синтеза // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инстру-
мент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ
им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2006. – Вып. 9. – С. 190–196.
5. Кивилис С. С. Плотномеры. – М.: Энергия, 1980. – 280 с.
6. Григорович В. К. Твердость и микротвердость металлов. – М.: Наука, 1976. – 230 с.
7. Уманский Я. С., Чириков Н. В. Рентгенография материалов: Физ. энцикл.. – М.: БРЭ,
1994. – Т. 4. – C. 377–378.
Поступила 25.06.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20942 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T01:41:28Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бочечка, А.А. Гадзыра, Н.Ф. Назарчук, С.Н. Гаврилова, В.С. Романко, Л.А. Белявина, Н.Н. Черниенко, А.И. 2011-06-12T22:34:26Z 2011-06-12T22:34:26Z 2009 Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 / А.А. Бочечка, Н.Ф. Гадзыра, С.Н. Назарчук, В.С. Гаврилова, Л.А. Романко, Н.Н. Белявина, А.И. Черниенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 244-247. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20942 621.921.34-492.2:536.421.5:539.89 The high pressure – high temperature sintering of the diamond powders with addition of tungsten has been studied. The density and the hardness of the sintered composites have been measured and the X-ray phase analyses of the composites has been conducted. The composite material with high physical-mechanical properties has been obtained. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 Article published earlier |
| spellingShingle | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 Бочечка, А.А. Гадзыра, Н.Ф. Назарчук, С.Н. Гаврилова, В.С. Романко, Л.А. Белявина, Н.Н. Черниенко, А.И. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| title | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 |
| title_full | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 |
| title_fullStr | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 |
| title_full_unstemmed | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 |
| title_short | Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0 |
| title_sort | композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка асм 1/0 |
| topic | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| topic_facet | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20942 |
| work_keys_str_mv | AT bočečkaaa kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 AT gadzyranf kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 AT nazarčuksn kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 AT gavrilovavs kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 AT romankola kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 AT belâvinann kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 AT černienkoai kompozitalmazkarbidvolʹframanaosnovealmaznogoporoškaasm10 |