Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C
Для алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C, досліджено залежність показника міцності від концентрації бору в шихті до і після термообробки та розраховано коефіцієнти термостабільності. Показано, що крива залежності показника міцності має мінімум (при концентрації бору 20 % ат.), а коефі...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63246 |
| 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: | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C / О.І. Чернієнко, О.О. Бочечка, Т.О. Косенчук, Г.Д. Ільницька // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 261-264. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859668215798431744 |
|---|---|
| author | Чернієнко, О.І. Бочечка, О.О. Косенчук, Т.О. Ільницька, Г.Д. |
| author_facet | Чернієнко, О.І. Бочечка, О.О. Косенчук, Т.О. Ільницька, Г.Д. |
| citation_txt | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C / О.І. Чернієнко, О.О. Бочечка, Т.О. Косенчук, Г.Д. Ільницька // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 261-264. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | Для алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C, досліджено залежність показника міцності від концентрації бору в шихті до і після термообробки та розраховано коефіцієнти термостабільності. Показано, що крива залежності показника міцності має мінімум (при концентрації бору 20 % ат.), а коефіцієнт термостабільності збільшується з підвищенням концентрації бору.
Для алмазных порошков, синтезированных в системе Mg–Zn–B–C, исследовано зависимость показателя прочности от концентрации бора в шихте до и после термообработки и рассчитанные коэффициенты термостабильности. Показано, что кривая зависимости показателя прочности имеет минимум (при концентрации бора 20 % ат.), а коэффициент термостабильности увеличивается в повышением концентрации бора.
Dependence of an indicator of durability on the boron concentration in the mixture for diamond powders synthesized in the Mg-Zn-B-C studied before and after heat treatment. It was studiet that the curve of dependence of an indicator of durability has a minimum (at a concentration of 20% boron (at.)), but the thermal stability increases with the concentration of boron.
|
| first_indexed | 2025-11-30T12:33:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
261
кристаллов алмаза возможна локализация объемов роста, обладающих достаточно однородными
электрофизическими свойствами и пригодными для изготовления и применения пластин.
Вивчено структуру напівпровідникових монокристалів алмазу, вирощених методом
температурного градієнта. Встановлено, що зразки мають складну секторіальну будову. Вивчено
можливість вирощування кристалів алмазу, в об’ємі яких одна з пірамід росту має переважний
розвиток і є домінуючою. Виміряно питому електропровідність. Показано можливість отримання
доволі однорідних напівпровідникових зразків з частин об’єму, що належать окремим пірамідам
росту монокристалу алмазу.
Ключові слова: леговані монокристали алмаза; секторіальна будова; електрофізичні харак-
теристики.
The structure of semiconducting diamond single crystals grown by temperature gradient method
were studied. It is established that the samples has complex sectorial structure. The possibility of growing
diamond crystals in volume of which one of the growth pyramids has a preferential development and is the
dominant one were studied, measurements of their electrical conductivity were performed. It is shown that it
is possible to obtain homogeneous semiconductor samples from parts that belonging to individual growth
pyramids of a single diamond crystal.
Key words: Doped single crystal diamonds; sectorial structure; electrical characteristics.
Литература
1. Васильев А., Данилина В., Жукова Т. Новое поколение полупроводниковых материалов и
приборов. Через GaN к алмазу // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2007. – № 4. –
С. 68–76.
2. Вавилов В.С. Алмаз в твердотельной электронике // Успехи физических наук. – 1997. – № 1. –
С. 17–22.
3. Физические свойства алмаза: Справочник / Под ред. Н.В. Новикова. – К.: Наукова думка,
1987. – 189 с.
4. А.С. Вишневский, А.И. Прихна, Т.Д. Осетинская, А.Г. Гонтарь, В.М. Устинцев Внутреннее
строениеи электропроводность легированных бором кристаллов синтетического алмаза //
Синтетические алмазы. – 1974. – № 2. – C.5–7.
5. Wentorf R.H. Some studies of diamond growth rates // J. Phys. Chem. – 1971. – V. 75. – № 12. –
P. 1833–1837.
Поступила 24.06.11
УДК 621.921.34-492:539.411:546.27
О. І. Чернієнко; О. О. Бочечка, д-р техн. наук; Т. О. Косенчук;
Г. Д. Ільницька, канд. техн. наук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ
ВПЛИВ БОРУ НА МІЦНІСТЬ ТА ТЕРМОСТАБІЛЬНІСТЬ АЛМАЗНИХ ПОРОШКІВ,
СИНТЕЗОВАНИХ В СИСТЕМІ Mg–Zn–B–C
Для алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C, досліджено залежність
показника міцності від концентрації бору в шихті до і після термообробки та розраховано
коефіцієнти термостабільності. Показано, що крива залежності показника міцності має мінімум
(при концентрації бору 20 % ат.), а коефіцієнт термостабільності збільшується з підвищенням
концентрації бору.
Ключові слова: алмаз, бор, показник міцності, термостабільність.
Міцність є характеристикою алмазу, яка визначає області його ефективного застосування, ме-
тоди створення з нього матеріалів та впливає на їхні властивості. Важливість міцності алмазу та ал-
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
262
мазного порошку проявляється у великій кількості виконаних робіт по дослідженні впливу на власти-
вості створених із них матеріалів, а також розробці методів для визначення показника міцності. Різні
кристали алмазу мають різну міцність. Вона залежить від розмірів, форми, структури включень та
дефектів кристалічної ґратки, що визначаються середовищем (системою синтезу), термодинамічними
параметрами та часом росту кристалів. На міцність алмазу впливає температура. В [1, с. 65] показано,
що після нагрівання алмазного порошку, синтезованого в системі Ni–Mn–C до температури 900 оС
відбувається різке зменшення показника міцності. Під час експлуатації інструменти з полікристаліч-
них, або композиційних матеріалів на основі алмазних порошків зазнають дії високої температури. У
результаті алмазні зерна піддаються деградації, що пояснюється взаємодією алмазної ґратки з прису-
тніми в ній включаннями [2], різницею значень коефіцієнтів термічного розширення алмазу та вклю-
чень в алмазній ґратці [3], різницею зміни об’єму включень при знятті тиску й температури та після
нагрівання [2].
У разі використання алмазних порошків із вищою термостабільністю (ТС), для виготовлення
інструменту поліпшуються його фізико-механічні властивості, а отже синтез термостабільних алмаз-
них порошків актуальний.
В даній роботі досліджується залежність показника міцності та термостабільності алмазних
порошків зернистістю 125/100 синтезованих в системі Mg–Zn–B–C від концентрації бору в шихті.
Елементи системи синтезу досліджуваних порошків алмазу, не розчиняють карбон за нормального
тиску. Отже в таких порошках відсутній один із чинників деградації алмазних зерен після дії високої
температури. Також відомо, що наявність домішки бору в алмазі підвищує його ТС [4], тому синтезо-
вані в цій системі кристали алмазу можуть мати вищу ТС.
Методика дослідження
В даній роботі проведено дослідження показника міцності та ТС алмазних порошків зернисті-
стю 125/100, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C. Відповідно до ТУ У 28.5-05417377-075-2003 їхній
коефіцієнт термостабільності КТС обчислювали за формулою КТС = Рт/Рв, де РВ, РТ – показник міцнос-
ті алмазного порошку відповідно до та після термообробки при температурі 1100 оС в середовищі
аргону та. Тривалість термообробки – 10 хв.
Показник статичної міцності порошків при стисненні вимірювали приладом ДДА-33А згідно
з ДСТУ 3292–95 [5]. Окремі кристали розміщували між лейкосапфіровими опорами діаметром 5 мм
та висотою 1,5 мм і піддавали руйнуванню, фіксуючи максимальне руйнівне навантаження. Відпові-
дно до ДСТУ 3292–95 за результат визначення показника міцності алмазного шліфпорошку (P)
приймають значення, обчислене за формулою.
де Pi – навантаження руйнування окремого зерна, Н, n – кількість зруйнованих зерен, рівна 50, Pj –
значення навантаження руйнування окремого зерна, що вдвічі або більше перевищує середнє значен-
ня Pсер, k – кількість зерен зруйнованих при Pj ≥ 2·Pсер.
Результатів та їх обговорення
Результати порівняння показника міцності алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–
Zn–B–C, до і після термообробки (див. рисунок), засвідчили, що для алмазного порошку до і після
термообробки, залежність показника міцності від концентрації бору в шихті має мінімум при концен-
трації 20 % (ат.) бору. Імовірно, це пояснюється тим, що розплав при такій концентрації бору стає
найбільш насиченим по відношенню до алмазу. В результаті цього збільшується швидкість росту
алмазних зерен. Відповідно у них збільшується кількість дефектів.
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
263
10 20 30 40
0
2
4
6
8
10
12
14
П
ок
аз
ни
к
м
іц
но
ст
і,
Н
Концентрація бору, %(ат.)
1.
2.
Залежності показника міцності алмазного порошку, синтезованого в системі Mg–Zn–B–C,
від концентрації бору в шихті: 1 – порошки перед термообробкою, 2 – після термообробки
Розраховані значення коефіцієнтів ТС приведені в таблиці.
Залежність коефіцієнта ТС алмазного порошку зернистістю 125/100, синтезованого в системі
Mg–Zn–B–C, від концентрації бору в шихті
Концентрація бору в шихті, % (ат.) КТС
Категорія
термостабільності
5 0,6 СТ
10 0,6 СТ
20 0,7 СТ
40 0,8 ВТ
З наведених вище даних випливає те, що відбувається зниження показника міцності алмазних
порошків після термообробки по відношенню до тих же порошків без термообробки у всіх випадках.
Тобто при нагріванні проходять певні процеси, що спричинюють знеміцнення алмазного порошку. В
нашому випадку це можна пояснити різницею коефіцієнтів термічного розширення і об’ємного стис-
нення для алмазу та його включень.
До того ж зауважимо, що з підвищенням концентрації бору в шихті до 20 % (ат.) показник мі-
цності алмазних порошків, які не піддавали термообробці знижується, що пояснюється збільшенням
кількості включень в ґратці алмазу. В літературі приводяться дані про вплив дефектів на термостабі-
льність алмазних порошків і показано, що зі збільшенням кількості включень в ґратці алмазу призво-
дить до погіршення його термостабільності [6]. В нашому випадку вона покращується. Тобто з під-
вищенням концентрації бору в шихті, показник міцності алмазних порошків після термообробки PT
збільшується у відношенні до показника міцності алмазних порошків перед термообробкою РВ. Мо-
жливо, що зростання концентрації бору в шихті, а відповідно й у включеннях алмазної ґратки приз-
водить до утворення в них фаз [7], або розчинів, що зумовлюють зниження коефіцієнтів термічного
розширення і об’ємного стиснення включень.
Також можливо, що наявність бору у включеннях при відпалі зміцнює алмаз шляхом дифузії у
приповерхневі шари навколо включень. Це може відбуватись за рахунок того, що при розплавленні
включення гратки алмазу стають пересичені бором. Завдяки малому розміру атому бор має можливість
дифундувати в ґратку алмазу і, отже, зміцнити її. При підвищенні концентрації бору в шихті, підвище-
ється його концентрація у включеннях. Відповідно збільшується градієнт концентрації, що посилює
потік дифузії (міграції), а отже алмаз зміцнюється краще і в результаті зростає термостабільність.
Категорія ТС алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C при концентрації бору в
шихті 5, 10, 20 % (ат.), відноситься до середньої термостабільності (СТ), при 40 % (ат.) до високої (ВТ).
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
264
Висновки
При синтезі алмазу в системі Mg–Zn–B–C підвищення концентрації бору в шихті від 1 до 20
% (ат.), призводить до зниження показника міцності алмазного порошку за рахунок збільшення кіль-
кості включень в ньому. Ймовірно, це пов’язано з підвищенням швидкості росту алмазних зерен.
Отже підвищення концентрації бору в шихті сприяє підвищенню термостабільності алмазного
порошку.
Для алмазных порошков, синтезированных в системе Mg–Zn–B–C, исследовано зависимость
показателя прочности от концентрации бора в шихте до и после термообработки и рассчитанные
коэффициенты термостабильности. Показано, что кривая зависимости показателя прочности
имеет минимум (при концентрации бора 20 % ат.), а коэффициент термостабильности
увеличивается в повышением концентрации бора.
Ключевые слова: алмаз, бор, показатель прочности, термостабильность.
Dependence of an indicator of durability on the boron concentration in the mixture for diamond
powders synthesized in the Mg-Zn-B-C studied before and after heat treatment. It was studiet that the curve
of dependence of an indicator of durability has a minimum (at a concentration of 20% boron (at.)), but the
thermal stability increases with the concentration of boron.
Key words: diamond, boron, durability, thermal stability.
Література
6. Поликристаллические материалы на основе алмаза. А. А. Шульженко, В. Г. Гаргин,
В. А. Шишкин, А. А. Бочечка – К.: Наук. думка, 1989. - 192 с.
7. Гаргин В. Г. Термическое разупрочнение алмазов синтезированных в системе Ni–Mn–C //
Влияние высокого давления на структуру и свойства материалов. – К.: ИСМ АН УССР, 1983.
– С. 93–102.
8. Детчуев Ю. А., Лаптев В. А., Бондаренко М. Г. Воздействие высокой температуры на моно-
кристаллы алмаза марки САМ // Алмазы и сверхтвердые матер. – 1976. – Вып. 6. – С. 1–3.
9. Кирова Н. Ф., Колчеманов Н. А., Рывкин Ю. М. Влияние примеси бора на термическую стой-
кость монокристаллов синтетических алмазов // Синтет алмазы. – 1976. – Вып 2. – С. 17–20.
10. ДСТУ 3292–95. Порошки алмазні синтетичні. Загальні технічні умови. – К.: Держстандарт
України, 1995. – 71 С.
11. Воронин Г. А., Мальнев В. И., Несортуев Г. Ф. Влияние включений на прочность синтетиче-
ских алмазов при высоких температурах // Сверхтвердые матер. – 1984. – № 2. – С. 33–37.
12. Чернієнко О. І., Білявина Н. М., Бочечка О. О. Фазові перетворення в системі магній–цинк–
бор–вуглець при різній концентрації бору в умовах високого тиску і температури // Породо-
разрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовле-
ния и применения. – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2010.– Вып. 13. – С. 246–249.
Надійшла 01.07.11
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63246 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T12:33:42Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чернієнко, О.І. Бочечка, О.О. Косенчук, Т.О. Ільницька, Г.Д. 2014-05-31T07:13:37Z 2014-05-31T07:13:37Z 2011 Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C / О.І. Чернієнко, О.О. Бочечка, Т.О. Косенчук, Г.Д. Ільницька // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 261-264. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63246 621.921.34-492:539.411:546.27 Для алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C, досліджено залежність показника міцності від концентрації бору в шихті до і після термообробки та розраховано коефіцієнти термостабільності. Показано, що крива залежності показника міцності має мінімум (при концентрації бору 20 % ат.), а коефіцієнт термостабільності збільшується з підвищенням концентрації бору. Для алмазных порошков, синтезированных в системе Mg–Zn–B–C, исследовано зависимость показателя прочности от концентрации бора в шихте до и после термообработки и рассчитанные коэффициенты термостабильности. Показано, что кривая зависимости показателя прочности имеет минимум (при концентрации бора 20 % ат.), а коэффициент термостабильности увеличивается в повышением концентрации бора. Dependence of an indicator of durability on the boron concentration in the mixture for diamond powders synthesized in the Mg-Zn-B-C studied before and after heat treatment. It was studiet that the curve of dependence of an indicator of durability has a minimum (at a concentration of 20% boron (at.)), but the thermal stability increases with the concentration of boron. uk 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 Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C Чернієнко, О.І. Бочечка, О.О. Косенчук, Т.О. Ільницька, Г.Д. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| title | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C |
| title_full | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C |
| title_fullStr | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C |
| title_full_unstemmed | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C |
| title_short | Вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі Mg–Zn–B–C |
| title_sort | вплив бору на міцність та термостабільність алмазних порошків, синтезованих в системі mg–zn–b–c |
| 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/123456789/63246 |
| work_keys_str_mv | AT černíênkooí vplivborunamícnístʹtatermostabílʹnístʹalmaznihporoškívsintezovanihvsistemímgznbc AT bočečkaoo vplivborunamícnístʹtatermostabílʹnístʹalmaznihporoškívsintezovanihvsistemímgznbc AT kosenčukto vplivborunamícnístʹtatermostabílʹnístʹalmaznihporoškívsintezovanihvsistemímgznbc AT ílʹnicʹkagd vplivborunamícnístʹtatermostabílʹnístʹalmaznihporoškívsintezovanihvsistemímgznbc |