Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах
Основные фазы в составе композитов систем cBN–Al и cBN–Al–TiB₂, получаемых реакционным спеканием при высоком давлении, исследовали методом рентгеноструктурного анализа с уточнением коэффициентов заполнения правильных позиций атомов в кристаллических решетках. Анализ двух моделей размещения атомов бо...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69412 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах / Н.П. Беженар, С.М. Коновал, Т.А. Гарбуз, С.А. Божко, Н.Н. Белявина // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 1. — С. 38-45. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859806773487075328 |
|---|---|
| author | Беженар, Н.П. Коновал, С.М. Гарбуз, Т.А. Божко, С.А. Белявина, Н.Н. |
| author_facet | Беженар, Н.П. Коновал, С.М. Гарбуз, Т.А. Божко, С.А. Белявина, Н.Н. |
| citation_txt | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах / Н.П. Беженар, С.М. Коновал, Т.А. Гарбуз, С.А. Божко, Н.Н. Белявина // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 1. — С. 38-45. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Основные фазы в составе композитов систем cBN–Al и cBN–Al–TiB₂, получаемых реакционным спеканием при высоком давлении, исследовали методом рентгеноструктурного анализа с уточнением коэффициентов заполнения правильных позиций атомов в кристаллических решетках. Анализ двух моделей размещения атомов бора в кристаллической решетке AlN-вюрцит показал, что в процессе спекания происходит изменение состава и типа твердого раствора бора на базе AlN: от замещения бором алюминия в правильных позициях до внедрения бора в междоузлие при незаполненных позициях алюминия. Повышение содержания диборида титана и алюминия в шихте приводит к увеличению периода кристаллической решетки сфалеритного нитрида бора.
Основні фази в складі композитів систем cBN–Al і cBN–Al–TiB₂, отриманих реакційним спіканням при високому тиску, досліджували методом рентгеноструктурного аналізу з уточненням коефіцієнтів заповнення правильних позицій атомів в кристалічних гратках. Аналіз двох моделей розміщення атомів бору в кристалічній гратці AlN-вюрцит показав, що в процесі спікання змінюються склад і тип твердого розчину бору на базі AlN: від заміщення бором алюмінію в правильних позиціях до втілення бору в міжвузля при незаповнених позиціях алюмінію. Зростання вмісту дибориду титану і алюмінію в шихті призводить до зростання періоду кристалічної гратки сфалеритного нітриду бору.
The main phases in the structures of composites of cBN–Al and cBN–Al–TiB₂ systems, obtained by reaction sintering under high pressure, were studied by X-ray analysis specifying the fill factor of correct positions of atoms in crystal lattices. Analysis of two models of the boron atoms placement in the crystal lattice of AlN-wurtzite has shown that during sintering there is a change of composition and type of solid solution of boron on the basis of AlN: from the substitution of aluminum by boron in the correct position prior to the implantation of boron in the interstice with unfilled aluminum positions. The increase of titanium diboride and aluminum content in the charge leads to an increase of the lattice constant of sphalerite boron nitride.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:16:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
© Н.П. Беженар, С.М. Коновал, Т.А. Гарбуз, С.А. Божко, Н.Н. Белявина, 2011
PACS: 81.05.Mh, 81.20.Ev, 81.40.Vw, 61.10.Nz
Н.П. Беженар1, С.М. Коновал1, Т.А. Гарбуз1, С.А. Божко1, Н.Н. Белявина2
ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ В СИСТЕМАХ cBN–Al И cBN–Al–TiB2,
ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ
1Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
ул. Автозаводская, 2, г. Киев, 04074, Украина
E-mail: bezhenar@ukr.net
2Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко
пр. Глушкова, 6, г. Киев, 03127, Украина
Основные фазы в составе композитов систем cBN–Al и cBN–Al–TiB2, получаемых
реакционным спеканием при высоком давлении, исследовали методом рентгеност-
руктурного анализа с уточнением коэффициентов заполнения правильных позиций
атомов в кристаллических решетках. Анализ двух моделей размещения атомов бо-
ра в кристаллической решетке AlN-вюрцит показал, что в процессе спекания про-
исходит изменение состава и типа твердого раствора бора на базе AlN: от заме-
щения бором алюминия в правильных позициях до внедрения бора в междоузлие при
незаполненных позициях алюминия. Повышение содержания диборида титана и
алюминия в шихте приводит к увеличению периода кристаллической решетки сфа-
леритного нитрида бора.
Ключевые слова: высокое давление, кубический нитрид бора, диборид титана,
алюминий, твердый раствор, рентгеноструктурный анализ
Введение
Ранее в процессе структурных исследований композитов кубического
нитрида бора, получаемых реакционным спеканием cBN с Al при высоких
давлении (4.2–7.7 GPa) и температуре (1750–2300 K), было установлено об-
разование на базе кристаллической решетки AlN-вюрцит твердого раствора
бора, атомы которого располагаются преимущественно в междоузлиях, при
этом в правильных позициях алюминия формируются вакансии. Было пока-
зано, что альтернативой образованию диборида алюминия является повы-
шение концентрации бора в таком твердом растворе, что приводит к увели-
чению объема кристаллической решетки AlN. Содержание бора в твердом
растворе уменьшалось, а содержание AlB2 в продуктах реакции возрастало
при увеличении концентрации Al в исходной шихте от 10 до 30% [1].
Исследованием композита, полученного в таких же условиях из шихты
cBN–5% TiB2–10% Al, с уточнением кристаллической структуры отдельных
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
39
фаз было установлено, что в его составе, кроме cBN, твердого раствора бора
в AlN и твердого раствора диборидов титана и алюминия TiхAl1–хB2, в при-
поверхностных слоях зерен cBN расположены выделения фазы Тi68B10N22,
что предположительно связано с образованием твердых растворов B–N–Ti
или B–N–Ti–Al на базе кристаллической решетки cBN [2].
Об образовании твердого раствора алюминия на базе сфалеритного BN с
увеличением периода решетки последнего впервые сообщалось в [3], где
высоким давлением воздействовали на интеркалированный алюминием гра-
фитоподобный BN. В [4–6] твердый раствор cBN(Al) получали при реакци-
онном спекании в аппарате высокого давления (АВД) смеси порошков cBN
и Al, при этом была учтена оценка таких факторов влияния на период ре-
шетки cBN, как остаточные термоупругие деформации [5] и диффузия угле-
рода из графитового нагревателя [6]. В [7] сообщалось о результатах рентге-
нодифракционных исследований твердого раствора алюминия в кристалли-
ческой решетке cBN с расчетом коэффициентов заполнения атомами пра-
вильных позиций, которые показали, что атомы алюминия могут быть рас-
положены в тетраэдрических порах кристаллической решетки сфалеритного
нитрида бора (коэффициент заполнения пор близок к 0.01) только при не-
комплектной подрешетке бора.
В настоящей работе представлены данные рентгеноструктурных исследо-
ваний реакционного взаимодействия в указанных выше системах в развитие
подходов, изложенных в [1,2]. В частности, выполнен анализ двух моделей
размещения атомов бора в кристаллической решетке AlN-вюрцит и приве-
дены результаты изучения периода решетки cBN при реакционном взаимо-
действии в системах cBN–Al и cBN–Al–TiB2 в условиях спекания при высоком
давлении.
Методика исследования
Для спекания образцов при высоком давлении использовали порошки
cBN марок КМ 3/2 и КМ 14/10 (dmed ≈ 2.5 и 12 μm соответственно); TiB2
(химически чистый, 2.2 μm после размола); Al марки АСД-1 (30 μm). При
варьировании содержания Al в шихте от 10 до 20% использовали КМ 3/2,
добавка ТiB2 составляла 5% или отсутствовала; при варьировании содержа-
ния ТiB2 от 5 до 15% – КМ 14/10 и 10% Al. Спекали в АВД «наковальня с
углублением» двух типоразмеров: тороид-20 (7.7 GPa) и КЗ-35 (4.2 GPa).
Температуру спекания изменяли в интервале 1300–2300 K. Детали режима
двухстадийного реакционного спекания изложены в [1,2]. Очистку поверх-
ности образцов после спекания выполняли алмазной обработкой. Дифракто-
граммы от плоских поверхностей шлифованных образцов записывали на ав-
томатизированном дифрактометре ДРОН-3 (медное фильтрованное излуче-
ние) в дискретном режиме: шаг сканирования 0.05°, время экспозиции в ка-
ждой точке 4 s, интервал углов 2θ = (24–140)°. Первичную обработку ди-
фракционных данных (положения центров тяжести Kα1-пиков и значения их
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
40
интегральных интенсивностей) осуществляли методом полнопрофильного
анализа. Фазовый анализ (с уточнением по методу наименьших квадратов
периодов кристаллических решеток каждой из идентифицированных фазо-
вых составляющих), а также уточнение параметров кристаллических струк-
тур фаз (коэффициентов заполнения атомами компонентов соответствую-
щих правильных систем точек, координатных параметров, изотропных тем-
пературных поправок B) выполняли по комплексу программ [8]. Обработку
результатов по периодам решетки AlN и cBN проводили с использованием
методов математической статистики.
Результаты экспериментов и их обсуждение
Уточнение кристаллической структуры твердого раствора бора в
AlN с решеткой вюрцита (P63mc, тип ZnS) в образцах с разным содержа-
нием Al в шихте cBN–Al (по 3 образца с разной продолжительностью спека-
ния) выполняли для двух возможных вариантов: 1) замещения алюминия
бором в позиции 2(b) (0.333 0.667 0); 2) внедрения бора в междоузлия – по-
зицию 12(h) (0.333 0 z ≈ 0.56) с образованием вакансий в правильной систе-
ме точек 2(b). В обеих моделях правильная система точек, занятая атомами
азота 2(а) (0.333 0.667 z ≈ 0.385), комплектна. В табл. 1 приведены результа-
ты расчета по двум моделям – содержание бора и фактор расходимости Rw
между интенсивностью 23 независимых отражений расчетных Ic и экспери-
ментальной I0 дифрактограмм:
0
0
( ) ( )
( )
c
hkl
hkl
I hkl I hkl
Rw
I hkl
−
=
∑
∑
.
Из общих представлений об образовании твердых растворов с учетом
атомных радиусов элементов высокое давление должно стабилизировать
твердый раствор замещения бором алюминия. Отметим, что при изучении
электронной энергетической структуры и рентгеновских спектров эмиссии
Таблица 1
Результаты модельных оценок содержания бора в кристаллической решетке AlN
после спекания шихты cBN–Al при 4.2 GPa, 1750 K
Твердый раствор замещения
AlxB1–хN
Твердый раствор внедрения AlxByN
(x < 1, x + y > 1)
Al,
mass%
B, at.% Rw B, at.% Rw
5.8 0.044 18.9 0.031
6.1 0.048 25.6 0.03310
2.2 0.052 26.7 0.024
8.9 0.051 13.9 0.044
6.1 0.058 9.2 0.04320
2.6 0.049 16.6 0.033
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
41
и поглощения алюминия в кристаллах с вюрцитной решеткой бинарного
AlN и твердого раствора Al–N–B в [9] также указывают на образование
BxAl1–xN. Факторы расходимости в табл. 1 свидетельствуют в пользу модели
внедрения. Поэтому мы допускаем вариант суперпозиции двух механизмов
образования твердых растворов в экспериментальных образцах с определен-
ным преимуществом того или иного механизма в зависимости от содержа-
ния алюминия либо продолжительности спекания. Установлена тенденция
изменения состава и типа твердого раствора при увеличении продолжитель-
ности спекания – от AlxB1–хN до AlxByN (x + y > 1) при росте общего количе-
ства бора в кристаллической решетке AlN (рис. 1).
3 4 5 6 7
0
5
10
15
20
B
, a
t.%
t, min
1
2
Отметим, что речь идет о конкуренции двух механизмов, поэтому общее
количество бора не определяется аддитивными по двум механизмам значе-
ниями табл. 1 или рис. 1.
В [10] металлографическими исследованиями и изучением твердости
композитов из шихты cBN–10% Al было установлено увеличение микро-
твердости тройной фазы AlN(В) до HV = 16.5 GPa по сравнению с из-
вестными результатами для бинарной фазы, получаемой при горячем
прессовании порошка AlN (9 GPa) и при спекании нанопорошка AlN
(12–14 GPa). Учитывая, что степень ионности AlN и cBN составляет со-
ответственно 0.40–0.60 [11] и 0.22–0.42 [12], можно предположить, что
растворение бора в кристаллической решетке AlN будет увеличивать до-
лю ковалентной связи за счет образования связей B–N, а высокое давле-
ние – стабилизировать процесс, что вносит определенный вклад в повы-
шение твердости.
Период решетки cBN при спекании под давлением шихты cBN–Al. Ис-
следование образцов, полученных в результате экспериментов, в которых
реакция не проходила до конца и оставалось некоторое количество алюми-
ния (обычно при содержании 18–20% Al в шихте), показало, что при дли-
тельном спекании значимо увеличивались периоды кристаллических реше-
ток cBN и Al, что могло быть результатом образования двух твердых рас-
творов – внедрения бора в октаэдрические поры решетки Al и замещения
алюминием бора в кристаллической решетке cBN (рис. 2).
Рис. 1. Содержание бора в кристалли-
ческой решетке AlN в зависимости от
времени спекания (4.2 GPa, 1750 K)
шихты cBN–Al в соответствии с моде-
лью замещения (1) и внедрения (2)
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
42
0 1 2 3 4 5 6 70.4046
0.4047
0.4048
0.4049
0.4050
0.4051
a,
n
m
A
l
t, min
0 1 2 3 4 5 6 7
0.3615
0.3616
0.3617
a,
n
m
c
B
N
t, min
а б
Рис. 2. Зависимости периодов кристаллических решеток Al (а) и cBN (б) от про-
должительности спекания шихты cBN–Al при p = 4.2 GPa, Т = 1750 K
Зависимости периода решетки cBN изучали, варьируя содержание Al в
шихте (10, 12, 15, 18 и 20%) и температуру спекания (1300, 1750, 2100 и
2300 K) под давлением 7.7 GPa. В табл. 2 представлены результаты стати-
стической обработки – средние значения периода решетки cBN и довери-
тельные интервалы (в скобках – последняя значащая цифра) при довери-
тельной вероятности 0.68 и количестве образцов N, коэффициент заполне-
ния правильных позиций бора GB в кристаллической решетке cBN, изотроп-
ная температурная поправка B и фактор расхождения Rw.
Таблица 2
Условия получения под давлением 7.7 GPa композитов cBN–Al
и параметры кристаллической структуры cBN
N Al, % T, K a, nm GB B, nm2 Rw
2 10 2100–2300 0.36154(2) 0.983 0.51 0.029
2 12–15 1300 0.36144(3) 0.968 0.61 0.036
6 12–15 1750 0.36152(1) 0.960 0.48 0.021
4 12–15 2100–2300 0.36156(2) 0.969 0.53 0.021
4 18–20 2100–2300 0.36158(3) 0.985 0.53 0.022
Средние значения для 18 образцов 0.36153(1) 0.968(2) 0.53 0.024
При содержании 12–15% Al в шихте период решетки cBN значимо увели-
чивался с ростом температуры спекания от 1300 до 2300 K. При высоких
(2100–2300 K) температурах наблюдалась тенденция роста периода решетки
с увеличением содержания в шихте от 10 до 20% Al. В кристаллической ре-
шетке cBN всех образцов правильные позиции атомов бора содержали ва-
кансии, но значимая зависимость коэффициента заполнения от параметров
спекания, так же как и корреляция с периодом решетки, не была установле-
на, а среднее значение GB составило 0.97 ± 0.01.
Такие данные не противоречат результатам моделирования структуры
твердого раствора алюминия в cBN [7], где в образцах, полученных из ших-
ты cBN–10% Al, значение GB изменялось в небольших (0.93–0.97) пределах,
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
43
а заполнение атомами алюминия тетраэдрических пор возрастало с умень-
шением GB, составляя 0.04–0.09.
Наиболее низкие значения GB были получены при спекании шихты с 12–
15% Al (см. табл. 2), когда обеспечивается максимальная поверхность кон-
такта расплава алюминия с cBN [13]. Это поясняется тем, что образование
твердого раствора алюминия происходит в приповерхностном слое нитрида
бора, а в создании рентгенодифракционной структуры принимает участие и
зона внутри зерна. Поэтому указанные выше параметры кристаллической
структуры cBN являются эффективными значениями, существенно завися-
щими от кинетики процесса, в том числе от величины контактной поверхно-
сти, определяемой зернистостью cBN.
Период решетки cBN при спекании под давлением шихты cBN–Al–TiB2
исследовали в двух группах образцов, варьируя: I) температуру и содержа-
ние Al в шихте при стабильном содержании 5% TiB2; II) температуру и со-
держание TiB2 в шихте при стабильном содержании 10% Al (табл. 3).
Таблица 3
Период кристаллической решетки cBN в зависимости от температуры спекания
под давлением 7.7 GPa и состава исходной шихты TiB2
Вариант TiB2,% N T, K acBN, nm
1300 0.36148(2)
1750 0.36158(3)
2100 0.36157(2)5
2300 0.36155(2)
N Al, % acBN, nm
10 0.36155(2)
12 0.36155(4)
15 0.36157(3)
18 0.36159(5)
I 5
4
20 0.36160(5)
N T, K acBN, nm
4 1750 0.36161(3)
1 2100 0.36163(8)
10
1 2300 0.36168(8)
II
15 3 2300 0.36164(8)
Увеличение содержания диборида титана в шихте до 10–15% и алюминия
от 10 до 20% приводило к увеличению периода кристаллической решетки
cBN, причем указанные добавки действовали аддитивно. Эти результаты с
учетом подтвержденного экспериментально массопереноса титана в распла-
ве алюминия [14] являются еще одним доводом в пользу предположения об
образовании твердого раствора B–N–Al–Ti на базе кристаллической решет-
ки cBN с последующим его распадом [2]. Согласно балансу масс в реакции с
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
44
образованием ТіхAl1–xB2, близкого к эквимолярному составу, при 10% Al в
шихте должно быть 8.6% ТіВ2. Поэтому 10% ТіВ2 в шихте было той концен-
трацией, начиная с которой влияние диборида титана на период решетки
сBN было значимым.
Выводы
1. Изменение состава и типа твердого раствора бора в кристаллической
решетке AlN вюрцитного типа при увеличении продолжительности спека-
ния в условиях высокого давления шихты cBN–Al происходит в направле-
нии от замещения бором алюминия (AlxB1–хN) до внедрения бора в междо-
узлие с незаполненными позициями алюминия (AlxByN; x < 1; x + y > 1).
2. Увеличение содержания диборида титана в шихте до 10–15% и алюми-
ния от 10 до 20% приводит к увеличению периода кристаллической решетки
cBN, причем указанные добавки действуют аддитивно.
1. Н.П. Беженар, С.М. Коновал, С.А. Божко, Н.Н. Белявина, В.Я. Маркив, ФТВД
19, № 2, 41 (2009).
2. Н.П. Беженар, С.А. Божко, Т.А. Гарбуз, Н.Н. Белявина, В.Я. Маркив, Г.С. Олей-
ник, ФТВД 19, № 1, 102 (2009).
3. А.К. Бутыленко, И.И. Тимофеева, Т.С. Бартницкая и др., Сверхтвердые мате-
риалы: синтез, свойства, применение, Наукова думка, Киев (1983).
4. N.P. Bezhenar, S.A. Bozhko, S.A. Klimenko, A.A. Shulzhenko, 14th International
Plansee Seminar, Reuttle, Tyrol, Austria (1997), vol. 2, p. 315.
5. Н.П. Беженар, С.А. Божко, Н.Н. Белявина, В.Я. Маркив, Сверхтвердые мате-
риалы № 2, 17 (1996).
6. М.П. Беженар, С.А. Божко, П.А. Нагорний, Н.Н. Білявина, В.Я. Марків, Сверх-
твердые материалы № 4, 36 (2000).
7. В.Я. Марків, Н.М. Білявина, М.П. Беженар, С.А. Божко, Вісник Київського
університету. Серія: фіз.-мат. науки вип. 2, 423 (1998).
8. В.Я. Марків, Н.М. Білявина, Тез. доп. Другої міжнар. конф. «Конструкційні та
функціональні матеріали», Львів (1997), с. 260.
9. В.В. Илясов, Т.П. Жданова, И.Я. Никифоров, ФТТ 48, 199 (2006).
10. М.П. Беженар, С.М. Коновал, С.А. Божко, М.Г. Лошак, Л.І. Александрова, М.І. Заіка,
П.А. Нагорний, Н.М. Білявина, Сверхтвердые материалы № 1, 3 (2010).
11. M. Mura, H. Murata, J. Phys. Chem. Solids No.10, 931 (1981).
12. А.В. Курдюмов, В.Г. Малоголовец, Н.В. Новиков, А.Н. Пилянкевич, Л.А. Шуль-
ман, Полиморфные модификации углерода и нитрида бора: справочник, Метал-
лургия, Москва (1994).
13. С.М. Коновал, Т.О. Гарбуз, М.П. Беженар, С.А. Божко, П.А. Нагорний, Н.М. Бі-
лявина, В.Я. Марків, в сб.: Породоразрушающий и металлообрабатывающий
инструмент – техника и технология его изготовления и применения, ИСМ им.
В.Н. Бакуля, Киев (2009), вып. 12, с. 235.
14. Н.П. Беженар, С.А. Божко, Т.A. Гарбуз, Н.Н. Белявина, В.Я. Маркив, Сверх-
твердые материалы № 3, 92 (2008).
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 1
45
М.П. Беженар, С.М. Коновал, Т.О. Гарбуз, С.А. Божко, Н.М. Білявина
ТВЕРДІ РОЗЧИНИ В СИСТЕМАХ cBN–Al І cBN–Al–TiB2, ОТРИМАНІ
ПРИ ВИСОКИХ ТИСКАХ І ТЕМПЕРАТУРАХ
Основні фази в складі композитів систем cBN–Al і cBN–Al–TiB2, отриманих ре-
акційним спіканням при високому тиску, досліджували методом рентгеноструктур-
ного аналізу з уточненням коефіцієнтів заповнення правильних позицій атомів в
кристалічних гратках. Аналіз двох моделей розміщення атомів бору в кристалічній
гратці AlN-вюрцит показав, що в процесі спікання змінюються склад і тип твердого
розчину бору на базі AlN: від заміщення бором алюмінію в правильних позиціях до
втілення бору в міжвузля при незаповнених позиціях алюмінію. Зростання вмісту
дибориду титану і алюмінію в шихті призводить до зростання періоду кристалічної
гратки сфалеритного нітриду бору.
Ключові слова: високий тиск, кубічний нітрид бору, диборид титану, алюміній,
твердий розчин, рентгеноструктурний аналіз
N.P. Bezhenar, S.M. Konoval, T.A. Garbuz, S.A. Bozhko, N.N. Beljavina
SOLID SOLUTIONS IN SYSTEMS cBN–Al AND cBN–Al–TiB2
OBTAINED AT HIGH PRESSURES AND TEMPERATURES
The main phases in the structures of composites of cBN–Al and cBN–Al–TiB2 systems,
obtained by reaction sintering under high pressure, were studied by X-ray analysis speci-
fying the fill factor of correct positions of atoms in crystal lattices. Analysis of two mod-
els of the boron atoms placement in the crystal lattice of AlN-wurtzite has shown that
during sintering there is a change of composition and type of solid solution of boron on
the basis of AlN: from the substitution of aluminum by boron in the correct position prior
to the implantation of boron in the interstice with unfilled aluminum positions. The in-
crease of titanium diboride and aluminum content in the charge leads to an increase of the
lattice constant of sphalerite boron nitride.
Keywords: high pressure, cubic nitride of boron, titanium diboride, aluminium, solid
solution, X-ray structure analysis
Fig. 1. The content of boron in the crystal lattice of AlN as a function of sintering time
(4.2 GPa, 1750 K) of cBN–Al charge, in accordance with the model of substitution (1)
and implantation (2)
Fig. 2. Dependences of the crystal lattice constants of Al (a) and cBN (б) on the duration
of cBN–Al charge sintering for p = 4.2 GPa, T = 1750 K
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69412 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:16:48Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Беженар, Н.П. Коновал, С.М. Гарбуз, Т.А. Божко, С.А. Белявина, Н.Н. 2014-10-12T18:35:25Z 2014-10-12T18:35:25Z 2011 Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах / Н.П. Беженар, С.М. Коновал, Т.А. Гарбуз, С.А. Божко, Н.Н. Белявина // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 1. — С. 38-45. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.05.Mh, 81.20.Ev, 81.40.Vw, 61.10.Nz https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69412 Основные фазы в составе композитов систем cBN–Al и cBN–Al–TiB₂, получаемых реакционным спеканием при высоком давлении, исследовали методом рентгеноструктурного анализа с уточнением коэффициентов заполнения правильных позиций атомов в кристаллических решетках. Анализ двух моделей размещения атомов бора в кристаллической решетке AlN-вюрцит показал, что в процессе спекания происходит изменение состава и типа твердого раствора бора на базе AlN: от замещения бором алюминия в правильных позициях до внедрения бора в междоузлие при незаполненных позициях алюминия. Повышение содержания диборида титана и алюминия в шихте приводит к увеличению периода кристаллической решетки сфалеритного нитрида бора. Основні фази в складі композитів систем cBN–Al і cBN–Al–TiB₂, отриманих реакційним спіканням при високому тиску, досліджували методом рентгеноструктурного аналізу з уточненням коефіцієнтів заповнення правильних позицій атомів в кристалічних гратках. Аналіз двох моделей розміщення атомів бору в кристалічній гратці AlN-вюрцит показав, що в процесі спікання змінюються склад і тип твердого розчину бору на базі AlN: від заміщення бором алюмінію в правильних позиціях до втілення бору в міжвузля при незаповнених позиціях алюмінію. Зростання вмісту дибориду титану і алюмінію в шихті призводить до зростання періоду кристалічної гратки сфалеритного нітриду бору. The main phases in the structures of composites of cBN–Al and cBN–Al–TiB₂ systems, obtained by reaction sintering under high pressure, were studied by X-ray analysis specifying the fill factor of correct positions of atoms in crystal lattices. Analysis of two models of the boron atoms placement in the crystal lattice of AlN-wurtzite has shown that during sintering there is a change of composition and type of solid solution of boron on the basis of AlN: from the substitution of aluminum by boron in the correct position prior to the implantation of boron in the interstice with unfilled aluminum positions. The increase of titanium diboride and aluminum content in the charge leads to an increase of the lattice constant of sphalerite boron nitride. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах Тверді розчини в системах cBN–Al і cBN–Al–TiB₂, отримані при високих тисках і температурах Solid solutions in systems cBN–Al and cBN–Al–TiB₂ obtained at high pressures and temperatures Article published earlier |
| spellingShingle | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах Беженар, Н.П. Коновал, С.М. Гарбуз, Т.А. Божко, С.А. Белявина, Н.Н. |
| title | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах |
| title_alt | Тверді розчини в системах cBN–Al і cBN–Al–TiB₂, отримані при високих тисках і температурах Solid solutions in systems cBN–Al and cBN–Al–TiB₂ obtained at high pressures and temperatures |
| title_full | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах |
| title_fullStr | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах |
| title_full_unstemmed | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах |
| title_short | Твердые растворы в системах cBN-Al и cBN-Al-TiB₂, полученные при высоких давлениях и температурах |
| title_sort | твердые растворы в системах cbn-al и cbn-al-tib₂, полученные при высоких давлениях и температурах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69412 |
| work_keys_str_mv | AT beženarnp tverdyerastvoryvsistemahcbnalicbnaltib2polučennyeprivysokihdavleniâhitemperaturah AT konovalsm tverdyerastvoryvsistemahcbnalicbnaltib2polučennyeprivysokihdavleniâhitemperaturah AT garbuzta tverdyerastvoryvsistemahcbnalicbnaltib2polučennyeprivysokihdavleniâhitemperaturah AT božkosa tverdyerastvoryvsistemahcbnalicbnaltib2polučennyeprivysokihdavleniâhitemperaturah AT belâvinann tverdyerastvoryvsistemahcbnalicbnaltib2polučennyeprivysokihdavleniâhitemperaturah AT beženarnp tverdírozčinivsistemahcbnalícbnaltib2otrimaníprivisokihtiskahítemperaturah AT konovalsm tverdírozčinivsistemahcbnalícbnaltib2otrimaníprivisokihtiskahítemperaturah AT garbuzta tverdírozčinivsistemahcbnalícbnaltib2otrimaníprivisokihtiskahítemperaturah AT božkosa tverdírozčinivsistemahcbnalícbnaltib2otrimaníprivisokihtiskahítemperaturah AT belâvinann tverdírozčinivsistemahcbnalícbnaltib2otrimaníprivisokihtiskahítemperaturah AT beženarnp solidsolutionsinsystemscbnalandcbnaltib2obtainedathighpressuresandtemperatures AT konovalsm solidsolutionsinsystemscbnalandcbnaltib2obtainedathighpressuresandtemperatures AT garbuzta solidsolutionsinsystemscbnalandcbnaltib2obtainedathighpressuresandtemperatures AT božkosa solidsolutionsinsystemscbnalandcbnaltib2obtainedathighpressuresandtemperatures AT belâvinann solidsolutionsinsystemscbnalandcbnaltib2obtainedathighpressuresandtemperatures |