Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах
Saved in:
| Published in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63408 |
| 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: | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах / М.В. Новіков, Л.К. Шведов, Ю.М. Кривошия, Г.К. Козіна, М.О. Кузенкова, Г.С. Олійник, Т.О. Пріхна, І.П. Фесенко // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 4. — С. 92-95. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859658825140797440 |
|---|---|
| author | Новіков, М.В. Шведов, Л.К. Кривошия, Ю.М. Козіна, Г.К. Кузенкова, М.О. Олійник, Г.С. Пріхна, Т.О. Фесенко, І.П. |
| author_facet | Новіков, М.В. Шведов, Л.К. Кривошия, Ю.М. Козіна, Г.К. Кузенкова, М.О. Олійник, Г.С. Пріхна, Т.О. Фесенко, І.П. |
| citation_txt | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах / М.В. Новіков, Л.К. Шведов, Ю.М. Кривошия, Г.К. Козіна, М.О. Кузенкова, Г.С. Олійник, Т.О. Пріхна, І.П. Фесенко // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 4. — С. 92-95. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| first_indexed | 2025-11-30T09:34:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 92
Письма в редакцию
УДК 666.3:539.5
М. В. Новіков, Л. К. Шведов, Ю. М. Кривошия,
Г. К. Козіна, М. О. Кузенкова, Г. С. Олійник,
Т. О. Пріхна, І. П. Фесенко (м. Київ)
Вплив деформації на структурні
перетворення в матеріалах системи AlN—TiN
при навантаженні в алмазних ковадлах
Ключові слова: алмазні ковадла, вюртцитний нітрид алюмінію,
кубічний нітрид алюмінію, нітрид тітану, композит.
У експериментах в апараті високого тиску з вюртцитним ні-
тридом алюмінію (wAlN) Фольштедт з колегами за допомогою рентгенівської
дифракції спостерігали утворення кубічної модифікації AlN (cAlN) починаю-
чи з тиску 16,5 ГПа та температури 1400 °С [1]. Авторами було обчислено
параметр елементарної комірки wAlN (для монокристала та порошку) при
300 К — a = 0,40450 нм та виміряно питомий електричний опір при 300 К —
5⋅1013 Ом⋅м.
У той же час для масивних композиційних матеріалів системи AlN—TiN
спостерігали аномальне підвищення механічних властивостей при 800 °С [2].
Подібне підвищення механічних властивостей для плівок Ti—Al—N при
800 °С автори [3] пояснюють фазовим переходом AlN з вюртцитної у кубічну
модифікацію в нанорозмірних об’ємах плівок. Для багатошарових плівкових
структур TiN/AlN також спостерігали підвищення твердості для шарів тов-
щиною 2 нм [4], але автори не проводили вимірювання твердості при
підвищенні температури.
Для масивної кераміки системи TiN—AlN біля еквіоб’ємних композицій
Орданьян та Унрод [5] повідомили про зростання міцності при згині при
1000 °С і пояснили це появою внутрішніх напружень через різницю у ТКР
(4,1⋅10–6 та 7,5⋅10–6 град–1 відповідно для AlN та TiN).
У даній роботі вивчали вплив зсувних деформацій на структурні перетво-
рення при навантаженні в алмазних ковадлах зразків керамічного композита
AlN—TiN з метою in situ дослідження можливості переходу вюртцитної фази
AlN в кубічну та пояснення аномальної поведінки масивних композитів
AlN—TiN при підвищенні температури.
© М. В. НОВІКОВ, Л. К. ШВЕДОВ, Ю. М. КРИВОШИЯ, Г. К. КОЗІНА, М. О. КУЗЕНКОВА, Г. С. ОЛІЙНИК,
Т. О. ПРІХНА, І. П. ФЕСЕНКО, 2009
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 4 93
Для експериментів у алмазних ковадлах використовували зразки керамі-
чного композита 50AlN—50TiN∗, технологічні деталі одержання яких описані
в [2].
Електронно-мікроскопічні дослідження вихідного композита складу
70AlN—30TiN показали, що в зернах AlN помітні включення правильної
огранки елементного складу Ti и N (рис. 1).
5 мкм
а
2 мкм
б
Рис. 1. Електронно-мікроскопічне зображення групи зерен композита складу 70AlN—
30TiN; включення правильної огранки елементного складу Ti та N в зернах AlN (а),
окреме зерно AlN з високою густиною включень такого ж складу та скупченням
дислокацій навколо них (б).
З аналізу мікроструктури композита AlN—TiN можна зробити висновок,
що частинки TiN захоплюються мігруючими границями зерен AlN і утворю-
ють включення, які через різницю в КТР (відповідно 9,35⋅10–6 град–1 [6] і
6,6⋅10–6 град–1 [7]) обумовлюють формування дислокацій у фазі нітриду
алюмінію. При підвищенні температури за умови високої (40—50 %) кон-
центрації нітриду титану нітрид алюмінію може перейти в кубічну фазу в
межах кристалітів, обмежених дислокаціями, що енергетично вигідно.
Близькість величин радіусів атомів Al (0,143 нм) та Ti (0,147 нм) [6], а також
параметрів елементарних комірок кубічних фаз AlN і TiN, відповідно a =
0,40450 [1] і 0,4249 нм [6], може бути причиною кращого зв’язку кристалітів
кубічних граток нітридів алюмінію та титану, що обумовлює вищу
інтегральну міцність композита AlN—TiN при 800 °С. При вищих темпера-
турах дислокації в нітрид-алюмінієвій фазі можуть заліковуватись через ріст
об’ємної дифузії і ефект зменшується.
Вплив деформацій на структурні перетворення в композиційному кера-
мічному матеріалі AlN—TiN досліджували при навантаженнях до 10 ГПа та
зсувній деформації на 100° в зсувному апараті високого тиску з алмазними
ковадлами Shear Diamond Anvil Cell (SDAC) in situ. Дослідження проводили
на порошкоподібних зразках композита, які одержували подрібненням в
ступці, виготовленій з кубічного нітриду бору. Порошкоподібний зразок в
пластиковій гаскетці з діаметром отвору близько 0,5 мм встановлювали між
алмазними ковадлами апарату SDAC з діаметром кулет близько 0,6 мм. Його
конструкція та методика проведення досліджень в SDAC in situ спільно з
автоматичним рентгенівським дифрактометром детально описана у [8].
∗ Тут і далі — в % (за масою).
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 94
Дослідження проводили при кімнатній температурі. Використовували немо-
нохроматичне характеристичне рентгенівське випромінювання молібдену з
довжиною хвилі близько 0,07 нм. Спочатку була одержана дифрактограма
при практично нульовому тиску в зразку товщиною близько 115 мкм. Потім
тиск в зразку збільшували до 10 ГПа, при цьому товщина його зменшилась до
19 мкм. Зсувна деформація в зразку в умовах високого тиску була створена
шляхом обертання одного алмазного ковадла відносно іншого навколо осі
прикладання зусилля навантаження, товщина зразка зменшилась до 1 мкм.
Після цього проводили повне розвантаження зразка до атмосферного тиску.
На рис. 2 представлені дифрактограми, одержані для всіх вищезгаданих в
SDAC in situ для діапазону кутів дифракції 15—25° з кроком сканування
0,05° та часом експозиції 10 хв у кожній точці.
16 18 20
0
50
100
150
200
250
TiN(50%) + AlN(50%)
(101)w�AlN
17,37 град.
(111)c�AlN
17,7 град.
(200) c�АlN
20,6 град.
2θ, град.
Ін
те
н
си
вн
іс
ть
,
ім
п
/с
ек
.
Рис. 2. Фрагмент дифрактограми зразка 50AlN—50TiN при навантаженні та зсувній
деформації в SDAC in situ: вихідний зразок, р = 0 ГПа, h = 115 мкм (■); навантаження, р =
10 ГПа, h = 19 мкм (●); зсув на 100°, р = 10 ГПа, h = 1 мкм (▲); розвантаження, р = 0 ГПа
(▼).
З аналізу одержаних рентгенограм видно, що незначна кількість кубічної
фази сAlN міститься у вихідному зразку порошкоподібного композита AlN—
TiN, що може бути обумовлене ударними та зсувними деформаціями при
подрібненні масивного композита і початком переходу wAlN— сAlN.
При збільшенні тиску та зсувної деформації має місце відносний ріст
вмісту фази cAlN, особливо при зростанні зсувної деформації, що видно з
перерозподілу інтенсивності лінії (111) та появи лінії (200) фази cAlN, поло-
ження яких збігається з дифракційними даними Фольштедта [1]. При
розвантаженні можна констатувати відносне збільшення кількості кубічної
фази cAlN у зразку в порівнянні з вихідним станом, а також деякої зворот-
ності цього переходу після зменшення тиску.
Таким чином, в структурі керамічних композитів AlN—TiN спостерігали
захоплені мігруючими границями зерен нітриду алюмінію включення
нітриду титану та утворення скупчень дислокацій поблизу цих включень. За
допомогою методики дослідження в алмазних ковадлах вперше при
кімнатній температурі і тисках до 10 ГПа спостерігали перехід AlN в
присутності TiN з вюртцитної в кубічну фазу. Аномальні термомеханічні
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 4 95
властивості масивних керамічних композитів AlN—TiN можуть бути
пояснені наявностю сітки дислокацій в підфазі wAlN та частковим переходом
кристалічної структури нітриду алюмінію з вюртцитної фази wAlN в кубічну
фазу cAlN при підвищенні температури та тиску.
1. Vollstaedt H., Ito E., Akaishi M. et al. High pressure synthesis of rocksalt type of AlN // Proc.
Japan Academy. Ser. B. — 1990. — 66, N 1. — P. 7—9.
2. Fesenko I. P., Kisly P. S., Kuzenkova M. A. et al. Properties of AlN—TiN composite ceramics
// Brit. Cer. Trans. — 2000. — 99, N 6. — P. 278—279.
3. Mayrhofer P. H., Hoerling A., Karlsson L. et al. Self-organized nanostructures in the Ti—
Al—N system // Appl. Phys. Lett. — 2003. — 83, N 10. — P. 2049—2052.
4. Zhang X., Wu X., Yi Zh. et al. The TiN/AlN multilayers deposited by filtered vacuum arc
deposition // J. Europ. Ceram. Soc. — 2004. — 24. — P. 2169—2179.
5. Орданьян С. С., Унрод В. И. Эвтектики в системах с участием тугоплавких соединений
и их модели — спеченные композиции // Новые огнеупоры. — 2005. — № 7. — С. 42—
48.
6. Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения. — М.: Металлургия, 1976. —
560 с.
7. Кузенкова М. О., Дуб С. М., Фесенко І. П. та ін. Високотемпературний відпал AlN—
кераміки // Сверхтв. материалы. — 2003. — № 3. — С. 10—15.
8. Новиков Н. В., Шведов Л. К., Кривошея Ю. Н. Аппаратура для исследования
структурных и фазовых превращений в материалах в условиях высоких давлений,
температур и сдвиговых деформаций // Физика и техника высоких давлений. — 2007.
— 17, № 1. — С. 9—22.
Ін-т надтвердих матеріалів Надійшов 22.06.09
ім. В. М. Бакуля НАН України
Ін-т проблем матеріалознавства
ім. І. М. Францевича НАН України
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63408 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:34:26Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Новіков, М.В. Шведов, Л.К. Кривошия, Ю.М. Козіна, Г.К. Кузенкова, М.О. Олійник, Г.С. Пріхна, Т.О. Фесенко, І.П. 2014-06-01T07:16:53Z 2014-06-01T07:16:53Z 2009 Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах / М.В. Новіков, Л.К. Шведов, Ю.М. Кривошия, Г.К. Козіна, М.О. Кузенкова, Г.С. Олійник, Т.О. Пріхна, І.П. Фесенко // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 4. — С. 92-95. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63408 666.3:539.5 uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Письма в редакцию Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах Новіков, М.В. Шведов, Л.К. Кривошия, Ю.М. Козіна, Г.К. Кузенкова, М.О. Олійник, Г.С. Пріхна, Т.О. Фесенко, І.П. Письма в редакцию |
| title | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах |
| title_full | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах |
| title_fullStr | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах |
| title_full_unstemmed | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах |
| title_short | Вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи AlN—TiN при навантаженні в алмазних ковадлах |
| title_sort | вплив деформації на структурні перетворення в матеріалах системи aln—tin при навантаженні в алмазних ковадлах |
| topic | Письма в редакцию |
| topic_facet | Письма в редакцию |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63408 |
| work_keys_str_mv | AT novíkovmv vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT švedovlk vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT krivošiâûm vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT kozínagk vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT kuzenkovamo vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT olíinikgs vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT príhnato vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah AT fesenkoíp vplivdeformacíínastrukturníperetvorennâvmateríalahsistemialntinprinavantažennívalmaznihkovadlah |