Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления
Представлены зависимости уплотнения алмазных порошков различной дисперсности и генезиса от давления в стальной пресс-форме и в аппарате высокого давления (АВД). Приведено изменение морфологических характеристик данных порошков вследствие термической обработки в водороде, а также в результате воздейс...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69209 |
| 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: | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления / С.Н. Назарчук, А.А. Бочечка, Г.А. Петасюк // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 7-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859896898637266944 |
|---|---|
| author | Назарчук, С.Н. Бочечка, А.А. Петасюк, Г.А. |
| author_facet | Назарчук, С.Н. Бочечка, А.А. Петасюк, Г.А. |
| citation_txt | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления / С.Н. Назарчук, А.А. Бочечка, Г.А. Петасюк // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 7-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Представлены зависимости уплотнения алмазных порошков различной дисперсности и генезиса от давления в стальной пресс-форме и в аппарате высокого давления (АВД). Приведено изменение морфологических характеристик данных порошков вследствие термической обработки в водороде, а также в результате воздействия высокого давления при комнатной температуре. Установлено, что на начальном этапе уплотнения с увеличением среднего размера зерен исходного алмазного порошка повышается предельно достижимая плотность компактов. Значительное уплотнение происходит при давлении до 0.41 GPa. Достигнутое значение плотности мало изменяется с увеличением давления до 8 GPa. Повышение давления вызывает дробление частиц. При этом средний размер частиц порошка уменьшается, а его удельная поверхность увеличивается.
Представлено залежності ущільнення алмазних порошків різної дисперсності і генезису від тиску в сталевій прес-формі і в апараті високого тиску (АВТ). Наведено зміну морфологічних характеристик даних порошків унаслідок термічної обробки у водні, а також в результаті дії високого тиску при кімнатній температурі. Встановлено, що на початковому етапі ущільнення зі збільшенням середнього розміру зерен первинного алмазного порошку підвищується гранично досяжна щільність компактів. Значне ущільнення відбувається при тиску до 0.41 GPa. Досягнуте значення щільності мало змінюється зі збільшенням тиску до 8 GPa. Підвищення тиску викликає дроблення частинок. При цьому середній розмір частинок порошку зменшується, а його питома поверхня збільшується.
Dependences of compaction of diamond powders of various dispersiveness and genesis on pressure in a steel mold and in a high pressure apparatus (HPA) are presented. Change of morphological characteristics of the powders owing to thermal treatment in hydrogen, and also as a result of high pressure effect at a room temperature is shown. It is established that at the initial stage of compaction the ultimate achievable compact density increases with increase in the average size of grains of an initial diamond powder. Significant compaction occurs at a pressure to 0.41 GPa. The reached value of density changes a little with increase in pressure up to 8 GPa. Pressure increase causes the crushing of particles. The average size of powder particles decreases and its specific surface increases.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:55:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
© С.Н. Назарчук, А.А. Бочечка, Г.А. Петасюк, 2009
PACS: 81.05.Uw, 81.07.Wx, 81.20.Ev, 81.65.Cf
С.Н. Назарчук, А.А. Бочечка, Г.А. Петасюк
УПЛОТНЕНИЕ АЛМАЗНЫХ ПОРОШКОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
ул. Автозаводская, 2, г. Киев, 04074, Украина
E-mail: nazarchuk_s@ukr.net
Статья поступила в редакцию 20 сентября 2008 года
Представлены зависимости уплотнения алмазных порошков различной дисперсности и
генезиса от давления в стальной пресс-форме и в аппарате высокого давления (АВД).
Приведено изменение морфологических характеристик данных порошков вследствие
термической обработки в водороде, а также в результате воздействия высокого дав-
ления при комнатной температуре. Установлено, что на начальном этапе уплотнения
с увеличением среднего размера зерен исходного алмазного порошка повышается пре-
дельно достижимая плотность компактов. Значительное уплотнение происходит при
давлении до 0.41 GPa. Достигнутое значение плотности мало изменяется с увеличением
давления до 8 GPa. Повышение давления вызывает дробление частиц. При этом средний
размер частиц порошка уменьшается, а его удельная поверхность увеличивается.
Ключевые слова: алмазный порошок, плотность, размер частиц, компактирование,
водородная обработка
Предварительное уплотнение алмазного порошка перед спеканием при
комнатной температуре в стальной пресс-форме (компактирование), а также
в АВД влияет на плотность и физико-механические свойства спеченных по-
ликристаллических материалов на основе алмаза. В данной работе представ-
лены результаты исследования уплотнения при комнатной температуре ал-
мазных порошков различной дисперсности и генезиса в стальной пресс-
форме и в ячейке АВД, рассмотрено изменение морфологических характе-
ристик алмазных порошков при указанных процессах.
Исследовали алмазные нанопорошки динамического синтеза: ультрадис-
персный порошок алмаза (УДА), алмазные нанопорошки, синтезированные пу-
тем ударно-волновой обработки графита (НА1) и сажи (НА2), а также микро-
порошки статического синтеза АСМ 28/20, шлифпорошки АС6 160/125, АС6
125/100 в состоянии поставки и после термической обработки в среде водорода.
Компактирование проводили под давлением до 0.49 GPa в стальной
пресс-форме с внутренним диаметром 8.8 mm.
Плотность алмазных компактов ρ определяли на основании измерений перед
уплотнением массы порошка ma и высоты h полученных компактов по формуле
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
8
0
am
S h
ρ = ,
где S0 – коэффициент калибровки пресс-формы, равный 0.615 ± 0.004 сm2.
Измерение массы проводили на аналитических весах с точностью до 0.005 mg,
а измерение высоты компактов – непосредственно в пресс-форме с помо-
щью нуль-индикатора с точностью 0.01 mm. Относительная погрешность
определения плотности составляла 4%.
Компакты, сформированные под давлением в АВД, предварительно за-
прессовывали в графит [1] для дальнейшего определения плотности методом
гидростатического взвешивания [2] в воде. Если не проводить эту операцию,
прессованные алмазные компакты, как правило, разрушаются.
Обработку порошков в среде водорода при температуре 973 K осуществ-
ляли на протяжении 30 min.
Размерные и морфологические характеристики алмазных порошков опре-
деляли с помощью компьютерно-аналитической диагностики на приборе
«DiaInspect.OSM» [3–5]. Удельный периметр рассчитывали как отношение
фактического периметра проекции зерна к ее площади.
На начальном этапе уплотнения с увеличением среднего размера зерен
исходного алмазного порошка от 20 nm до 160 μm повышается гранично-
достижимая плотность компактов от 1.55 до 3.15 g/сm3 (рис. 1). Для нанопо-
рошков НА1 предельная плотность компактов значительно больше, чем для
нанопорошков НА2 и УДА (кривые 1–3 на рис. 1), что также связано с по-
вышением плотности при увеличении среднего размера зерен порошка.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
ρ,
g
/c
m
3
p, GPa
1
2
3
4
5
6
Было установлено, что для всех исследуемых порошков зависимость
плотности сформированных компактов от давления описывается сигмои-
дальной функцией, т.е. на начальном этапе (предварительное компактирова-
ние до 0.41 GPa) происходит значительное уплотнение (рис. 2), далее дости-
гается максимальное значение плотности компакта, которое мало изменяет-
ся с увеличением давления до 8 GPa.
Термическая обработка порошков в среде водорода сильно не изменяет
максимальную плотность компактов как при низком (рис. 3,а), так и при
Рис. 1. Зависимости плотности ком-
пактов из алмазных порошков УДА
(1), НА2 (2), НА1 (3), АСМ 28/20 (4),
АС6 125/100 (5), АС6 160/125 (6) от
давления в диапазоне 0–0.44 GPa
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
9
0 2 4 6 8
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
ρ,
g
/c
m
3
p, GPa
1 2
3
4
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
ρ,
g
/c
m
3
p, GPa
1
2
3
4
0 2 4 6 8
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
ρ,
g
/c
m
3
p, GPa
1
2
3
4
а б
Рис. 3. Зависимости плотности компактов из алмазных порошков от давления в
диапазонах 0–0.44 (а) и 0–8 GPa (б): 1, 2 – АСМ 28/20, соответственно исходный и
обработанный в среде водорода; 3, 4 – АС6 125/100, соответственно исходный и
обработанный в среде водорода
высоком (рис. 3,б) давлениях. Незначительные изменения плотности проис-
ходят за счет изменения морфологии поверхности порошков после их тер-
мической обработки.
Повышение граничного значения плотности компактов с увеличением
размера частиц алмазного нанопорошка, сформированных при комнатной
температуре, связано, очевидно, с уменьшением силы трения между части-
цами, поскольку уплотнение алмазных порошков происходит за счет взаим-
ного проскальзывания частиц, так как при действии давления 8 GPa частицы
алмазного порошка размером меньше 2 μm не разрушаются [6].
Результаты исследования размерных и морфологических характеристик
алмазных порошков показали, что действие высокого давления значительно
уменьшает средний размер частиц порошка и увеличивает удельную поверх-
ность порошков (таблица) за счет дробления. Это, в свою очередь, приводит к
увеличению суммарной площади контакта частиц и росту силы трения. Таким
образом, наступает момент, когда плотность компактов достигает максималь-
ного значения и не изменяется при дальнейшем увеличении давления.
Рис. 2. Зависимости плотности ком-
пактов из алмазных порошков АС6
160/125 (1), АС6 125/100 (2), АСМ
28/20 (3), УДА (4) от давления в диа-
пазоне 0–8 GPa
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
10
Таблица
Характеристики алмазных порошков в зависимости от обработки
и воздействия давления
Порошок Водородная
обработка
Давление
прессования p, GPa
Средний размер
частиц Dav, μm
Удельный пе-
риметр Psp, m–1
– 28.8 0.184–
8 12.7 0.453
– 27.2 0.190
ACM 28/20
+ 8 5.9 1.106
– 160.2 0.037– 8 6.2 1.069
– 177.2 0.037AC6 125/100
+ 8 15.6 0.420
– 183.3 0.030– 8 10.4 0.566
– 164.0 0.033AC6 160/125
+ 8 12.0 0.503
Водородная обработка также влияет на изменение морфологии поверхно-
сти частиц порошков и, как следствие, на плотность компактов, но для каж-
дого порошка по-разному в зависимости от исходного размера частиц по-
рошка.
Выводы
1. Установлено, что зависимость плотности сформированных в пресс-
форме компактов от давления описывается сигмоидальной функцией для
всех исследуемых порошков.
2. С увеличением размера частиц исходного порошка от 20 nm до 160 μm
повышается гранично-достижимая плотность компактов от 1.55 до 3.15 g/сm3.
3. Термическая обработка порошков в среде водорода существенно не
изменяет максимальную плотность компактов как при низком, так и при вы-
соком давлении.
4. Действие высокого давления на алмазные микро- и шлифпорошки при-
водит к дроблению частиц порошков, вследствие чего значительно умень-
шается средний размер частиц и увеличивается удельная поверхность, что
приводит к росту силы трения и площади контакта частиц. В результате
плотность компактов достигает максимального значения и слабо изменяется
при дальнейшем увеличении давления.
1. А.А. Бочечка, В.С. Гаврилова, Породоразрушающий и металлообрабатывающий
инструмент – техника и технология его изготовления и применения 10, 111
(2005).
2. С.С. Кивилис, Плотномеры, Энергия, Москва (1980).
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
11
3. E. List, J. Frenzel, H. Vollstadt, Industrial diamond review № 1, 42 (2006).
4. Н.В. Новиков, Г.П. Богатырева, Г.А. Петасюк, Сверхтв. материалы № 3, 73 (2005).
5. Г.А. Петасюк, Фiз.-хiм. механiка матеріалів № 5, 101 (2003).
6. А.А. Бочечка, Сверхтв. материалы № 5, 9 (1993).
С.М. Назарчук, О.О. Бочечка, Г.А. Петасюк
УЩІЛЬНЕННЯ АЛМАЗНИХ ПОРОШКІВ ПІД ВПЛИВОМ ВИСОКОГО
ТИСКУ
Представлено залежності ущільнення алмазних порошків різної дисперсності і ге-
незису від тиску в сталевій прес-формі і в апараті високого тиску (АВТ). Наведено
зміну морфологічних характеристик даних порошків унаслідок термічної обробки у
водні, а також в результаті дії високого тиску при кімнатній температурі. Встанов-
лено, що на початковому етапі ущільнення зі збільшенням середнього розміру зе-
рен первинного алмазного порошку підвищується гранично досяжна щільність
компактів. Значне ущільнення відбувається при тиску до 0.41 GPa. Досягнуте зна-
чення щільності мало змінюється зі збільшенням тиску до 8 GPa. Підвищення тиску
викликає дроблення частинок. При цьому середній розмір частинок порошку
зменшується, а його питома поверхня збільшується.
Ключові слова: алмазний порошок, щільність, розмір частинок, компактування,
воднева обробка
S.N. Nazarchuk, A.A. Bochechka, G.A. Petasjuk
HIGH-PRESSURE COMPACTION OF DIAMOND POWDERS
Dependences of compaction of diamond powders of various dispersiveness and genesis on
pressure in a steel mold and in a high pressure apparatus (HPA) are presented. Change of
morphological characteristics of the powders owing to thermal treatment in hydrogen, and
also as a result of high pressure effect at a room temperature is shown. It is established that at
the initial stage of compaction the ultimate achievable compact density increases with in-
crease in the average size of grains of an initial diamond powder. Significant compaction oc-
curs at a pressure to 0.41 GPa. The reached value of density changes a little with in-
crease in pressure up to 8 GPa. Pressure increase causes the crushing of particles. The av-
erage size of powder particles decreases and its specific surface increases.
Keywords: diamond powder, density, particle size, compaction, hydrogen treatment
Fig. 1. Dependences of the density of compacted diamond powders UDD (1), NА2 (2), NА1
(3), АSМ28/20 (4), АS6 125/100 (5), АS6 160/125 (6) on pressure over the range 0–0.44 GPa
Fig. 2. Dependences of the density of compacted diamond powders UDD (1), NА2 (2), NА1
(3), АSМ 28/20 (4), АS6 125/100 (5), АS6 160/125 (6) on pressure over the range 0–8 GPa
Fig. 3. Dependences of the density of compacted diamond powders on pressure over the
range 0–0.44 (а) and 0–8 GPa (б): 1, 2 – АSМ 28/20, initial and treated in hydrogen, re-
spectively; 3, 4 – AS6 125/100, initial and treated in hydrogen
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69209 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:55:27Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Назарчук, С.Н. Бочечка, А.А. Петасюк, Г.А. 2014-10-07T19:49:07Z 2014-10-07T19:49:07Z 2009 Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления / С.Н. Назарчук, А.А. Бочечка, Г.А. Петасюк // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 7-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.05.Uw, 81.07.Wx, 81.20.Ev, 81.65.Cf https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69209 Представлены зависимости уплотнения алмазных порошков различной дисперсности и генезиса от давления в стальной пресс-форме и в аппарате высокого давления (АВД). Приведено изменение морфологических характеристик данных порошков вследствие термической обработки в водороде, а также в результате воздействия высокого давления при комнатной температуре. Установлено, что на начальном этапе уплотнения с увеличением среднего размера зерен исходного алмазного порошка повышается предельно достижимая плотность компактов. Значительное уплотнение происходит при давлении до 0.41 GPa. Достигнутое значение плотности мало изменяется с увеличением давления до 8 GPa. Повышение давления вызывает дробление частиц. При этом средний размер частиц порошка уменьшается, а его удельная поверхность увеличивается. Представлено залежності ущільнення алмазних порошків різної дисперсності і генезису від тиску в сталевій прес-формі і в апараті високого тиску (АВТ). Наведено зміну морфологічних характеристик даних порошків унаслідок термічної обробки у водні, а також в результаті дії високого тиску при кімнатній температурі. Встановлено, що на початковому етапі ущільнення зі збільшенням середнього розміру зерен первинного алмазного порошку підвищується гранично досяжна щільність компактів. Значне ущільнення відбувається при тиску до 0.41 GPa. Досягнуте значення щільності мало змінюється зі збільшенням тиску до 8 GPa. Підвищення тиску викликає дроблення частинок. При цьому середній розмір частинок порошку зменшується, а його питома поверхня збільшується. Dependences of compaction of diamond powders of various dispersiveness and genesis on pressure in a steel mold and in a high pressure apparatus (HPA) are presented. Change of morphological characteristics of the powders owing to thermal treatment in hydrogen, and also as a result of high pressure effect at a room temperature is shown. It is established that at the initial stage of compaction the ultimate achievable compact density increases with increase in the average size of grains of an initial diamond powder. Significant compaction occurs at a pressure to 0.41 GPa. The reached value of density changes a little with increase in pressure up to 8 GPa. Pressure increase causes the crushing of particles. The average size of powder particles decreases and its specific surface increases. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления Ущільнення алмазних порошків під впливом високого тиску Highpressure compaction of diamond powders Article published earlier |
| spellingShingle | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления Назарчук, С.Н. Бочечка, А.А. Петасюк, Г.А. |
| title | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления |
| title_alt | Ущільнення алмазних порошків під впливом високого тиску Highpressure compaction of diamond powders |
| title_full | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления |
| title_fullStr | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления |
| title_full_unstemmed | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления |
| title_short | Уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления |
| title_sort | уплотнение алмазных порошков под воздействием высокого давления |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69209 |
| work_keys_str_mv | AT nazarčuksn uplotneniealmaznyhporoškovpodvozdeistviemvysokogodavleniâ AT bočečkaaa uplotneniealmaznyhporoškovpodvozdeistviemvysokogodavleniâ AT petasûkga uplotneniealmaznyhporoškovpodvozdeistviemvysokogodavleniâ AT nazarčuksn uŝílʹnennâalmaznihporoškívpídvplivomvisokogotisku AT bočečkaaa uŝílʹnennâalmaznihporoškívpídvplivomvisokogotisku AT petasûkga uŝílʹnennâalmaznihporoškívpídvplivomvisokogotisku AT nazarčuksn highpressurecompactionofdiamondpowders AT bočečkaaa highpressurecompactionofdiamondpowders AT petasûkga highpressurecompactionofdiamondpowders |