Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури
Потрійний борид Ni23−xAlxB6 типу Cr23C6 синтезовано методом реакційного спікання в умовах високого тиску 8 ГПа при 1200 °С. Уточнено кристалічну структуру вказаного бориду, а також бориду такого самого вихідного складу, отриманого методом індукційної плавки. Показано, що склад бориду, отриманого ост...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37793 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури / В.Г. Кудін, О.С. Осіпов, Н.М. Білявина, В.Я. Марків, В.А. Макара, С.В. Ткач // Доп. НАН України. — 2011. — № 6. — С. 97-101. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860250032755703808 |
|---|---|
| author | Кудін, В.Г. Осіпов, О.С. Білявина, Н.М. Марків, В.Я. Макара, В.А. Ткач, С.В. |
| author_facet | Кудін, В.Г. Осіпов, О.С. Білявина, Н.М. Марків, В.Я. Макара, В.А. Ткач, С.В. |
| citation_txt | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури / В.Г. Кудін, О.С. Осіпов, Н.М. Білявина, В.Я. Марків, В.А. Макара, С.В. Ткач // Доп. НАН України. — 2011. — № 6. — С. 97-101. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Потрійний борид Ni23−xAlxB6 типу Cr23C6 синтезовано методом реакційного спікання в умовах високого тиску 8 ГПа при 1200 °С. Уточнено кристалічну структуру вказаного бориду, а також бориду такого самого вихідного складу, отриманого методом індукційної плавки. Показано, що склад бориду, отриманого останнім методом, наближений до складу шихти, а склад потрійного бориду в продуктах реакційного спікання значно зсунутий у бік збільшення в ньому кількості алюмінію.
The ternary Ni23−xAlxB6 boride with Cr23C6-type structure is synthesized by means of reactive sintering at a high pressure of 8 GPa and a high temperature of 1200 °C. The crystal structures of this boride and the crystal structure of boride with same initial composition produced by induction melting are corrected. It is shown that the composition of boride produced by induction melting is closer to the mixture composition, and the composition of ternary boride in the reactive sintering products is significantly changed with increase in the aluminum amount.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:42:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 53.49.03:669.24′781
© 2011
В.Г. Кудiн, О. С. Осiпов, Н. М. Бiлявина, В. Я. Маркiв,
член-кореспондент НАН України В. А. Макара, С.В. Ткач
Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакцiйним спiканням
в умовах високого тиску та температури
Потрiйний борид Ni23−xAlxB6 типу Cr23C6 синтезовано методом реакцiйного спiкання
в умовах високого тиску 8 ГПа при 1200 ◦С. Уточнено кристалiчну структуру вка-
заного бориду, а також бориду такого самого вихiдного складу, отриманого методом
iндукцiйної плавки. Показано, що склад бориду, отриманого останнiм методом, набли-
жений до складу шихти, а склад потрiйного бориду в продуктах реакцiйного спiкання
значно зсунутий у бiк збiльшення в ньому кiлькостi алюмiнiю.
Як вiдомо [1], взаємодiя нiкелю та алюмiнiю з бором при нормальному тиску спричинює
утворення трьох потрiйних фаз: Ni20Al3B6−12 (структура типу Cr23C6), Ni8AlB11 й Ni5AlB4
(структури останнiх двох фаз не визначенi). Керамiчнi матерiали на основi подвiйних бори-
дiв нiкелю та легованих бором алюмiнiдiв нiкелю характеризуються комплексом унiкальних
експлуатацiйних та фiзико-хiмiчних властивостей: високими значеннями мiкротвердостi,
електропровiдностi, теплопровiдностi та корозiйної стiйкостi [2, 3]. Найбiльш поширеним
способом синтезу таких боридних матерiалiв є традицiйна керамiчна технологiя, iстотними
недолiками якої насамперед є багатостадiйнiсть i тривалiсть процесу синтезу, а також часто
неконтрольованiсть складу кiнцевих продуктiв. Зважаючи на це, розробка та впровадження
нетрадицiйних технологiй синтезу як нових, так i широко вiдомих керамiчних матерiалiв
актуальна i має практичну цiннiсть.
Мета нашого дослiдження — апробацiя синтезу потрiйної сполуки Ni20Al3B6 методом
реакцiйного спiкання при високому тиску. Для цього зразки сплавiв зi складами в ме-
жах Ni19−21Al4−2B6 виготовляли в Iнститутi надтвердих матерiалiв iм. В.М. Бакуля НАН
України в процесi реакцiйного спiкання при високому тиску шихти з попередньо просiя-
них скрiзь сито з комiрками 100 мкм порошкiв аморфного бору (99,8%), електролiтичних
нiкелю (99,8%) та алюмiнiю (99,9%), використовуючи при цьому апарат високого тиску iз
заглибленням типу тороїд та дiаметром лунки 20 мм. Взаємодiю компонентiв шихти забез-
печували експериментально пiдiбранi значення PT -параметрiв (8 ГПа; 1200 ◦С). Сплави
iдентичних складiв виготовляли також методом iндукцiйної плавки при нормальному тис-
ку. При цьому перемiшану сумiш порошкiв компонентiв змочували 2%-м розчином цукру
та пресували в таблетки дiаметром 10 мм. Отриманi пресовки висушували впродовж 24 год
на повiтрi та вiдпалювали у вакуумованiй кварцовiй ампулi при 800 ◦С. З пiдготовлених
пресовок за вказаним вище методом у корундових тиглях (з подальшим зливом у кокiль)
отримували зливки сплавiв, якi вiдпалювали протягом 1000 год при 900 ◦С.
Фазовий склад виготовлених iндукцiйним методом сплавiв та продуктiв реакцiйного
спiкання, а також кристалiчну структуру синтезованих сполук дослiджували рентгеноди-
фрактометричними методами. Дифрактограми порошкових зразкiв записували в мiдному
фiльтрованому випромiнюваннi на дифрактометрi ДРОН-3 у дискретному режимi (крок
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №6 97
сканування 0,05◦, експозицiя в точцi 3 с). Управлiння процесом зйомки, збирання iнформа-
цiї, первинну обробку дифракцiйних даних, а також структурнi розрахунки виконували за
допомогою апаратно-програмного комплексу [4].
Визначення елементного складу фазових складових сплавiв проведено на растровому
електронному мiкроскопi ZEISS EVO 50XVP з використанням фазочутливого детектора
вiдбитих CZ BSD- й SE-електронiв.
Результати рентгенiвського дослiдження показують, що фаза (Ni,Al)23B6 є основною
фазовою складовою як сплавiв, виготовлених методом iндукцiйної плавки, так i сплавiв,
отриманих в процесi реакцiйного спiкання при високому тиску. При цьому пiсля вiдпа-
лу (900 ◦С) кiлькiсть цiєї фази збiльшується, i сплави стають практично однофазовими
(табл. 1). Перiоди граток, синтезованих обома методами боридiв (Ni,Al)23B6, лежать у ме-
жах твердого розчину Ni20Al3B6−12 [5].
Проведенi нами структурнi розрахунки пiдтвердили належнiсть кристалiчної структури
цих боридiв до структурного типу Cr23C6. Уточнення координатних параметрiв, iзотропних
температурних поправок B i коефiцiєнтiв заповнення атомами нiкелю та алюмiнiю правиль-
них систем точок 48(h), 32(f), 8(c), 4(a), а атомiв бору — правильної системи точок 24(e) ме-
тодом найменших квадратiв привело до доброго узгодження експериментальних та розрахо-
ваних значень iнтенсивностей вiдбиттiв. Отриманi при цьому значення (табл. 2) показують,
що характерною особливiстю розподiлу атомiв нiкелю та алюмiнiю в боридах (Ni,Al)23B6,
синтезованих методом iндукцiйної плавки, є те, що нiкель повнiстю займає найбiльшi за
кратнiстю правильнi системи точок 48(h) й 32(f), а атоми алюмiнiю в свою чергу займають
меншi за кратнiстю правильнi системи точок 8(c) й 4(a). При цьому реалiзується повнiстю
впорядкований стан з утворенням надструктури типу Ni20Al3B6. Слiд зазначити, що
утворення для структури типу Cr23C6 надструктури такого складу (Ni20Al3B6) встановле-
но вперше. Ранiше було вiдомо iснування надструктури iншого складу — Cr21W2C6, атоми
вольфраму в якiй займають лише одну правильну систему точок 8(c), а не двi (8(c) й 4(a)),
що характерно для атомiв алюмiнiю в структурi бориду Ni20Al3B6.
Розподiл атомiв нiкелю та алюмiнiю в структурi бориду (Ni,Al)23C6, отриманого мето-
дом реакцiйного спiкання при високому тиску, дещо iнший (див. табл. 2). Хоча тенденцiя
в переважному розмiщеннi атомiв нiкелю за правильними системами точок з бiльшою крат-
нiстю для нього i зберiгається, структура цього бориду упорядкована лише частково, а його
склад зсунуто в бiк бiльшого вмiсту алюмiнiю (розрахований склад сполуки Ni18Al5B6).
Таблиця 1. Порiвняння фаз сплавiв (Ni,Al)23B6, синтезованих методами до i пiсля термообробки
Склад
сплаву
за шихтою
Характеристика
продукту синтезу
Характеристика вiдпаленого
продукту (900 ◦С)
фазовий склад a, нм
Вмiст
фази, % фазовий склад a, нм
Вмiст
фази, %
Ni20Al3B6−12 — — — (Ni,Al)23B6−12 [5] 1,048–1,062 —
Метод iндукцiйної плавки
Ni20Al3B6 (Ni,Al)23B6 +Ni 1,0481(1) 83 (Ni,Al)23B6 1,0514(3) 100
Метод реакцiйного спiкання (8 ГПа; 1200 ◦С)
Ni21Al4B6 (Ni,Al)23B6 + (Ni,Al) + Ni3B 1,0505(5) 50 — — —
Ni20Al3B6 (Ni,Al)23B6 + (Ni,Al) + Ni3B 1,0497(5) 73 — — —
Пр и м i т ка . Вмiст фази оцiнювали за спiввiдношенням iнтенсивностей найсильнiших вiдбиттiв.
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №6
Результати рентгеноструктурних розрахункiв щодо складу синтезованих боридiв
(Ni,Al)23B6 перевiрено даними мiкрорентгеноспектрального i електронномiкроскопiчних
дослiджень (див. табл. 2). Мiкроструктура вiдпаленого сплаву Ni20Al3B6 (свiтла матри-
ця на рис. 1, а), отриманого методом iндукцiйної плавки, практично однофазова i за да-
ними рентгенiвського фазового i рентгеноструктурного аналiзiв вiдповiдає фазi Ni20Al3B6
(див. табл. 1). У той самий час на мiкроструктурi зразка, отриманого в процесi реакцiйного
спiкання шихти цього ж складу (див. рис. 1, б ), добре видно свiтлу матрицю потрiйно-
го бориду Ni18Al5B6 та бiльш темну дисперсну евтектику, яку за даними рентгенiвського
фазового аналiзу (див. табл. 1), очевидно, формують твердий розчин (Ni, Al) та борид Ni3B.
Результати визначення методом локального рентгеноспектрального аналiзу вмiсту ком-
понентiв у потрiйних боридах нiкелю, синтезованих методом iндукцiйної плавки або мето-
дом реакцiйного спiкання при високому тиску (табл. 3), дуже добре узгоджуються з тими,
що були отриманi при дослiдженнi їх кристалiчних структур (див. табл. 2).
Таким чином, в результатi проведених дослiджень показано можливiсть синтезу потрiй-
ного бориду Ni23−xAlxB6 типу Cr23C6 методом реакцiйного спiкання при високому тиску
(8 ГПа, 1200 ◦С). Але склад i структура цього бориду, отриманого методом iндукцiйної плав-
ки або реакцiйним синтезом при високому тиску з однакової за складом шихти (69,0% (ат.)
Таблиця 2. Кристалографiчнi данi бориду Ni23−xAlxB6 (структура типу Cr23C6)
Атом Позицiя Заповнення X Y Z
Ni20Al3B6, синтезований при нормальному тиску методом iндукцiйної плавки
1,0 Ni + 0,0 Al 48h 1,00(1) 0 0,170(1) 0,170(1)
1,0 Ni + 0,0 Al 32f 1,00(1) 0,379(1) 0,379(1) 0,379(1)
0,0 Ni + 1,0 Al 8c 1,00(1) 0,250 0,250 0,250
0,0 Ni + 1,0 Al 4a 1,00(1) 0 0 0
B 24e 1,00(1) 0,310(5) 0 0
Просторова група Fm3m (N = 225)
Перiоди гратки, нм a = 1,0514(3)
Незалежнi вiдбиття 55
Температурна поправка, нм2 2,98(3) · 10−2
Фактор розбiжностi RW = 0,059
Атомний вмiст Al за шихтою, % 10,3; Ni20Al3B6
Атомний вмiст Al за розрахунком, % 10,3; Ni20Al3B6
Ni23−xAlxB6, синтезований при 8 ГПа та 1200 ◦С методом реакцiйного спiкання
0,8 Ni + 0,2 Al 48h 1,00(1) 0 0,170(1) 0,170(1)
1,0 Ni + 0,0 Al 32f 1,00(1) 0,386(2) 0,386(2) 0,386(2)
0,0 Ni + 1,0 Al 8c 1,00(1) 0,250 0,250 0,250
0,4 Ni + 0,6 Al 4a 1,00(1) 0 0 0
B 24e 1,00(1) 0,310(5) 0 0
Просторова група Fm3m (N = 225)
Перiоди гратки, нм a = 1,0497(5)
Незалежнi вiдбиття 55
Температурна поправка, нм2 2,98(7) · 10−2
Фактор розбiжностi RW = 0,060
Атомний вмiст Al за шихтою, % 10,3; Ni20Al3B6
Атомний вмiст Al за розрахунком, % 17,6; Ni18Al5B6
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №6 99
Рис. 1. Зображення у вiдбитих електронах поверхнi шлiфiв сплавiв атомного складу, %: 69,0 Ni, 10,3 Al
i 20,7 B, отриманих методами iндукцiйної плавки (а) та реакцiйного спiкання при високому тиску (б ).
Зб. 1000. Стрiлкою вказанi областi, для яких данi кiлькiсного вмiсту компонентiв наведено в табл. 3
Таблиця 3. Склад потрiйних боридiв, визначених рiзними методами
Фазова
складова
Вмiст компонентiв, % (ат.)
локальний
рентгеноспектральний аналiз
рентгеноструктурний
аналiз
Ni Al B Ni Al B
Метод iндукцiйної плавки
Ni20Al3B6 69,6 10,4 20,0 68,9 10,4 20,7
Метод реакцiйного спiкання (8 ГПа; 1200 ◦С)
Ni18Al5B6 59,6 18,0 22,4 61,7 17,6 20,7
Ni, 10,3% (ат.) Al та 20,7% (ат.) B), дещо вiдмiнний (див. табл. 3). А саме, склад потрiй-
ного бориду Ni23−xAlxB6 у сплавi, виготовленого методом iндукцiйної плавки, наближений
до складу шихти та вiдзначається на межi твердого розчину (за лiтературними даними).
Склад же потрiйного бориду в продуктах реакцiйного синтезу iстотно зсунутий у бiк збiль-
шення кiлькостi алюмiнiю.
1. Raghavan V. Al−B−Ni (Aluminum–Boron–Nickel) // J. Phase Equilibria and Diffusion. Sec. II: Phase
Diagram Evaluations. – 2006. – 27, is. 5. – P. 486–487.
2. Lima M. S. F., Ferreira P. I. Microstructure and mechanical properties of Ni−Al and Ni−Al−B alloys
produced by rapid solidification technique // Intermetallics. – 1996. – 4, is. 2. – P. 85–90.
3. Ajao J. A. Characterization of complex phase transformations in aluminum doped Ni–Ni3B eutectic alloy //
J. Basic and Appl. Sci. – 2008. – 4, is. 7. – P. 778–782.
4. Маркiв В.Я., Бєлявiна Н.М. Апаратно-програмний комплекс для дослiдження полiкристалiчних ре-
човин за їх дифракцiйними спектрами // Тез. доп. II Мiжнар. конф. “КФМ 97”. – Львiв, 1997. –
С. 260–261.
5. Чабан Н.Ф., Кузьма Ю.Б. Изотермические разрезы систем (Co,Ni)−(Al,Si)−B // Изв. АН СССР.
Неорган. материалы. – 1973. – 9, № 12. – С. 2136–2140.
Надiйшло до редакцiї 25.05.2010Київський нацiональний унiверситет
iм. Тараса Шевченка
Iнститут надтвердих матерiалiв iм. В.М. Бакуля
НАН України, Київ
100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №6
V.G. Kudin, O. S. Osipov, N. M. Belyavina, V.Ya. Markiv,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine V.A. Makara, V. M. Tkach
Synthesis of Ni23−xAlxB6 boride by means of reactive sintering at high
pressure and high temperature
The ternary Ni23−xAlxB6 boride with Cr23C6-type structure is synthesized by means of reactive
sintering at a high pressure of 8 GPa and a high temperature of 1200 ◦C. The crystal structures of
this boride and the crystal structure of boride with same initial composition produced by induction
melting are corrected. It is shown that the composition of boride produced by induction melting is
closer to the mixture composition, and the composition of ternary boride in the reactive sintering
products is significantly changed with increase in the aluminum amount.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №6 101
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-37793 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:42:00Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кудін, В.Г. Осіпов, О.С. Білявина, Н.М. Марків, В.Я. Макара, В.А. Ткач, С.В. 2012-10-22T16:46:19Z 2012-10-22T16:46:19Z 2011 Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури / В.Г. Кудін, О.С. Осіпов, Н.М. Білявина, В.Я. Марків, В.А. Макара, С.В. Ткач // Доп. НАН України. — 2011. — № 6. — С. 97-101. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37793 53.49.03:669.24′781 Потрійний борид Ni23−xAlxB6 типу Cr23C6 синтезовано методом реакційного спікання в умовах високого тиску 8 ГПа при 1200 °С. Уточнено кристалічну структуру вказаного бориду, а також бориду такого самого вихідного складу, отриманого методом індукційної плавки. Показано, що склад бориду, отриманого останнім методом, наближений до складу шихти, а склад потрійного бориду в продуктах реакційного спікання значно зсунутий у бік збільшення в ньому кількості алюмінію. The ternary Ni23−xAlxB6 boride with Cr23C6-type structure is synthesized by means of reactive sintering at a high pressure of 8 GPa and a high temperature of 1200 °C. The crystal structures of this boride and the crystal structure of boride with same initial composition produced by induction melting are corrected. It is shown that the composition of boride produced by induction melting is closer to the mixture composition, and the composition of ternary boride in the reactive sintering products is significantly changed with increase in the aluminum amount. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури Synthesis of Ni23−xAlxB6 boride by means of reactive sintering at high pressure and high temperature Article published earlier |
| spellingShingle | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури Кудін, В.Г. Осіпов, О.С. Білявина, Н.М. Марків, В.Я. Макара, В.А. Ткач, С.В. Матеріалознавство |
| title | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури |
| title_alt | Synthesis of Ni23−xAlxB6 boride by means of reactive sintering at high pressure and high temperature |
| title_full | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури |
| title_fullStr | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури |
| title_full_unstemmed | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури |
| title_short | Синтез бориду Ni23−xAlxB6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури |
| title_sort | синтез бориду ni23−xalxb6 реакційним спіканням в умовах високого тиску та температури |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37793 |
| work_keys_str_mv | AT kudínvg sintezboriduni23xalxb6reakcíinimspíkannâmvumovahvisokogotiskutatemperaturi AT osípovos sintezboriduni23xalxb6reakcíinimspíkannâmvumovahvisokogotiskutatemperaturi AT bílâvinanm sintezboriduni23xalxb6reakcíinimspíkannâmvumovahvisokogotiskutatemperaturi AT markívvâ sintezboriduni23xalxb6reakcíinimspíkannâmvumovahvisokogotiskutatemperaturi AT makarava sintezboriduni23xalxb6reakcíinimspíkannâmvumovahvisokogotiskutatemperaturi AT tkačsv sintezboriduni23xalxb6reakcíinimspíkannâmvumovahvisokogotiskutatemperaturi AT kudínvg synthesisofni23xalxb6boridebymeansofreactivesinteringathighpressureandhightemperature AT osípovos synthesisofni23xalxb6boridebymeansofreactivesinteringathighpressureandhightemperature AT bílâvinanm synthesisofni23xalxb6boridebymeansofreactivesinteringathighpressureandhightemperature AT markívvâ synthesisofni23xalxb6boridebymeansofreactivesinteringathighpressureandhightemperature AT makarava synthesisofni23xalxb6boridebymeansofreactivesinteringathighpressureandhightemperature AT tkačsv synthesisofni23xalxb6boridebymeansofreactivesinteringathighpressureandhightemperature |