Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности
Разработан способ получения высокопрочных и термостабильных порошков кибора марки КТ, включающий совершенную технологию синтеза кристаллов кибора и последующую их адгезионно-магнитную сортировку (АМС). Повышена работоспособность порошков кибора по сравнению с порошком кубонита марки КР в 2 раза и по...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2007
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70323 |
| 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: | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности / Г.Ф. Невструев, Г.Д. Ильницкая, А.Н. Соколов // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 2. — С. 81-85. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860195329207435264 |
|---|---|
| author | Невструев, Г.Ф. Ильницкая, Г.Д. Соколов, А.Н. |
| author_facet | Невструев, Г.Ф. Ильницкая, Г.Д. Соколов, А.Н. |
| citation_txt | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности / Г.Ф. Невструев, Г.Д. Ильницкая, А.Н. Соколов // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 2. — С. 81-85. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Разработан способ получения высокопрочных и термостабильных порошков кибора марки КТ, включающий совершенную технологию синтеза кристаллов кибора и последующую их адгезионно-магнитную сортировку (АМС). Повышена работоспособность порошков кибора по сравнению с порошком кубонита марки КР в 2 раза и порошков продуктов АМС по сравнению с исходным порошком кибора еще в 2 раза.
A method of production of high-strength and thermostable KT kibor cubic boron nitride powders has been developed. The method includes perfect technology of kibor crystals synthesis and successive adhesion-magnetic classifying. The serviceability of kibor powders is 2 times higher in comparison with cubic boron nitride grade KP and serviceability of AMC product powders is again 2 times higher in comparison with initial kibor powder.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:07:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 2
81
PACS: 83.70.Fn
Г.Ф. Невструев, Г.Д. Ильницкая, А.Н. Соколов
ПОЛУЧЕНИЕ ТЕРМОСТАБИЛЬНЫХ ПОРОШКОВ КУБИЧЕСКОГО
НИТРИДА БОРА ПОВЫШЕННОЙ ОДНОРОДНОСТИ
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
ул. Автозаводская, 2, г. Киев, 04074, Украина
E-mail: kybor@ism.kiev.ua
Разработан способ получения высокопрочных и термостабильных порошков кибо-
ра марки КТ, включающий совершенную технологию синтеза кристаллов кибора и
последующую их адгезионно-магнитную сортировку (АМС). Повышена работоспо-
собность порошков кибора по сравнению с порошком кубонита марки КР в 2 раза
и порошков продуктов АМС по сравнению с исходным порошком кибора еще в 2
раза.
Уникальные физико-механические свойства, высокая термостабильность и
диффузионная устойчивость, отсутствие химического сродства с железом оп-
ределили основную область применения кубического нитрида бора (cBN) в
качестве инструментального режущего и абразивного инструмента, предна-
значенного в основном для обработки сталей, закаленных до высокой твердо-
сти. Разработка новых инструментальных материалов и создание высокопро-
изводительных технологических процессов их обработки требуют оснащать
предназначенный для этих целей абразивный инструмент высокопрочными и
термостабильными шлифпорошками cBN. Высокие физико-механические ха-
рактеристики этих порошков достигаются прежде всего за счет совершенства
кристаллической структуры и низкого уровня примесей и включений.
Благодаря оптимальному сочетанию компонентов, формирующих среду
кристаллизации, схемы снаряжения ячейки высокого давления и баротерми-
ческих параметров синтеза в ИСМ НАНУ разработан способ получения вы-
сокопрочных и термостойких шлифпорошков cBN. Этот материал назвали
«кибор» [1]. Указанные шлифпорошки состоят преимущественно из моно-
кристаллов и их сростков, большинство из которых имеет четкую огранку.
Их цвет от светло-желтого до золотистого. Кристаллы прозрачные, видимые
включения практически отсутствуют. Данные рентгеноструктурного анализа
и ИК-спектроскопии свидетельствуют о совершенстве внутреннего строения
кристаллов, благодаря чему они обладают высокой теплопроводностью,
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 2
82
достигающей 750 W·m−1·K−1 [2], и термостойкостью. Их прочность после
термообработки увеличивается на 10−15% [3], однако кристаллы кибора од-
ной крупности различаются по прочности. Получение шлифпорошков cBN,
однородных по прочности и термостабильности, является весьма актуаль-
ным. Обеспечить такую однородность невозможно только совершенствова-
нием технологии синтеза порошков и их классификацией по зернистости.
При исследовании свойств кристаллов cBN, синтезированных в одном цик-
ле, отмечается их широкое разнообразие по дефектности поверхности, что
создает неэффективную сортировку по форме зерен [4]. На этой основе в
ИСМ НАН Украины разработан способ АМС кристаллов cBN по дефектно-
сти поверхности и прочности [5].
Явление адгезии использовано в процессе разделения зерен кибора по
уровню дефектности поверхности, прочности и ряду других свойств. Для
этого на поверхность порошков cBN наносится покрытие в виде отдельных
микро- и наночастиц ферромагнитного порошка, которые адгезионно закре-
пляются на дефектных участках поверхности кристаллов cBN. В итоге у зе-
рен cBN возникают приобретенные магнитные свойства, величина которых
пропорциональна уровню дефектности поверхности и массе закрепившихся
частиц железа. В результате магнитные свойства обеспечивают условия вы-
сокоселективного разделения зерен cBN в магнитном поле различной на-
пряженности на ряд порошков, различающихся по прочности.
Силу адгезии частиц ферромагнитного порошка к поверхности кристалла
cBN определяли магнитным методом из соотношения сил адгезии Fad и тя-
жести зерна кибора PcBN. Сила адгезионного взаимодействия частиц ферро-
магнитного порошка с поверхностью кристалла Fad превышает силу магнит-
ного притяжения ферромагнитных частиц Fmag. Она, в свою очередь, больше
силы тяжести кристалла cBN, т.е. его веса:
Fad > Fmag > PcBN,
Fad = mFeа > PcBN = mcBNg,
BN
Fe
cma g
m
> ,
где a, g − ускорения сил соответственно адгезионного взаимодействия и тя-
жести; mFe, mcBN – массы частиц соответственно железа и зерна кибора.
Оценка величины силы адгезии сферической частицы железа диаметром
1 µm к гладкой поверхности кристалла кибора размером 200 µm составляет
~ 10−2 dyn, а вес кристалла кибора ~ 10−3 dyn. Следовательно, сила адгези-
онного взаимодействия превышает силу тяжести кристалла cBN. Поэтому
поверхностные силы могут эффективно применяться в процессах разделения
порошков cBN, а закрепившиеся микрочастицы железа будут выступать в
роли магнитных носителей. Экспериментально установлено, что ускорение
силы адгезии частиц железа в единицах ускорения силы тяжести составляет
не менее (108−1012)g (рис. 1).
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 2
83
Рис. 1. Зависимость силы адгезии ферромагнитных частиц на поверхности зерен
cBN различной крупности: 1 – 200/160, 2 – 80/63
Рис. 2. Прочность порошков различной зернистости cBN марки КТ после АМС: 1 −
максимальная, 2 – минимальная
Из анализа приведенных рассуждений следует, что при определенных усло-
виях контактного взаимодействия кристаллов cBN и ферромагнитных частиц
возникающие силы адгезионного взаимодействия весьма значительны и реально
обеспечивают возможность разделения кристаллов кибора в магнитном поле.
Этот метод сортировки был опробован при разделении зерен порошков ки-
бора разной зернистости. Результаты разделения шлифпорошков зернистости
100/80, 125/100, 160/125 и 200/160 представлены на рис. 2, на котором кривая 1
построена по значениям максимальной прочности полученных фракций разде-
ления, а кривая 2 – по значениям минимальной прочности. Наблюдается эф-
фективное разделение шлифпорошков разной зернистости кубонита марки КТ.
Следует отметить, что такая сортировка приводит к повышению термостабиль-
ности порошков кибора на 10–15% от пятого продукта к первому.
В таблице приведены результаты АМС порошка кибора марки КТ зерни-
стостью 200/160, разделенного на пять групп. В полученных порошках были
определены значения коэффициента поверхностной активности Ka, магнитной
восприимчивости χ, статической прочности P и однородности по прочности
Kstr.un. Необходимо отметить, что однородность полученных порошков возрас-
тает в 2.2−1.8 раза по сравнению с исходным порошком.
Таблица
Результаты АМС порошка кибора КТ зернистости 200/160
Номер фракции
разделения Выход, % Ka, % χ, 10−8
m3/kg
P, N Kstr.un, %
1 0.5 0.05 0.32 29.5 33
2 24.0 0.12 0.58 24.5 38
3 35.6 0.38 0.91 17.3 39
4 27.8 0.96 0.94 12.2 39
5 12.1 2.29 1.77 8.3 34
Исходный 100.0 0.71 0.94 16.6 18
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 2
84
Создание термостабильных кристаллов кибора в сочетании с современ-
ным способом АМС обеспечило возможность получения шлифпорошков
кибора одной зернистости, но с разными прочностью и термостабильно-
стью, которые могут использоваться в различных областях применения.
Работоспособность инструмента, оснащенного испытываемыми порош-
ками cBN зернистостью 100/80 − кибора марки КТ и кубонита марки КР,
проверяли на примере шлифования быстрорежущей стали Р6М5 при произ-
водительности до 1200 mm3/min. Сравнительный расход порошков кибора
марки КТ и кубонита марки КР зернистостью 100/80 представлен в виде
гистограммы на рис. 3. Испытания показали, что относительный расход ис-
ходных порошков кибора (образец 4) в 2 раза ниже расхода кубонита марки
КР (образец 5). Работоспособность кругов, оснащенных порошками кибора
(образцы 1, 2 и 3), полученных АМС, значительно выше по сравнению с ис-
ходным порошком кибора (образец 4). При этом относительный расход ки-
бора уменьшился до 1.32−2.40 mg/g. Следовательно, работоспособность ка-
ждого из порошков кибора с высокой однородностью и разной прочностью
после АМС выше работоспособности инструмента, оснащенного исходным
порошком кибора с более низкой однородностью.
Таким образом, повышение работоспособности инструмента, оснащен-
ного шлифпорошком cBN, достигается за счет улучшения качества исполь-
зуемого порошка, т.е. за счет повышения его прочности, термостабильности
и увеличения однородности по прочностным характеристикам.
1. А.А. Шульженко, Н.В. Новиков, П.С. Кислый, А.И. Прихна, А.Н. Соколов,
Сверхтвердые материалы № 3, 17 (1980).
2. Т.Д. Оситинская, А.П. Подоба, Промышленная теплотехника 3, № 1, 43 (1981).
3. А.А. Шульженко, С.А. Божко, А.Н. Соколов и др., Синтез, спекание и свойства
кубического нитрида бора, Наукова думка, Киев (1993).
4. В.Г. Алешин, А.А. Смехнов, А.Н. Соколов и др., в сб.: Влияние высоких давлений
на структуру и свойства сверхтвердых материалов, ИСМ АН УССР, Киев
(1985), с. 32–36.
Рис. 3. Работоспособность
порошков cBN марок КТ и
КР: 1, 2, 3 − продукты сор-
тировки порошков КТ; 4, 5 –
исходный порошок соответ-
ственно КТ и КР
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 2
85
5. Пат. 4408 України, МПК В 03 С 1/00, Спосіб магнітної сепарації зернистого ма-
теріалу з різною шершавістю поверхні, Г.Ф. Невструев, Б.А. Олейніков, Г.Д.
Ільницька, М.О. Давидов, В.І. Мельник (СРСР), № 1312811; Заявл. 01.07.85;
Опубл. 27.12.94, Бюл. № 6-1.
G.F. Nevstruyev, G.D. Il`nitskaya, A.N. Sokolov
PRODUCTION OF THERMOSTABLE CUBIC BORON NITRIDE
POWDERS OF IMPROVED HOMOGENEITY
A method of production of high-strength and thermostable KT kibor cubic boron nitride
powders has been developed. The method includes perfect technology of kibor crystals
synthesis and successive adhesion-magnetic classifying. The serviceability of kibor pow-
ders is 2 times higher in comparison with cubic boron nitride grade KP and serviceability
of AMC product powders is again 2 times higher in comparison with initial kibor powder.
Fig. 1. Adhesion force of ferromagnetic particles on the surface of grains of cBN of vari-
ous sizes: 1 – 200/160, 2 – 80/63
Fig. 2. Strength of the KT cBN of various grain sizes after АМС: 1 – maximum, 2 −
minimum
Fig. 3. Serviceability of cBN powders grades KT and KP: 1, 2, 3 − products of KT pow-
der sorting; 4, 5 − initial powders, КТ and КР, respectively
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70323 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:07:49Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Невструев, Г.Ф. Ильницкая, Г.Д. Соколов, А.Н. 2014-11-02T17:02:21Z 2014-11-02T17:02:21Z 2007 Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности / Г.Ф. Невструев, Г.Д. Ильницкая, А.Н. Соколов // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 2. — С. 81-85. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 83.70.Fn https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70323 Разработан способ получения высокопрочных и термостабильных порошков кибора марки КТ, включающий совершенную технологию синтеза кристаллов кибора и последующую их адгезионно-магнитную сортировку (АМС). Повышена работоспособность порошков кибора по сравнению с порошком кубонита марки КР в 2 раза и порошков продуктов АМС по сравнению с исходным порошком кибора еще в 2 раза. A method of production of high-strength and thermostable KT kibor cubic boron nitride powders has been developed. The method includes perfect technology of kibor crystals synthesis and successive adhesion-magnetic classifying. The serviceability of kibor powders is 2 times higher in comparison with cubic boron nitride grade KP and serviceability of AMC product powders is again 2 times higher in comparison with initial kibor powder. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности Отримання термостабільних порошків кубічного нітриду бору підвищеної однорідності Production of thermostable cubic boron nitride powders of improved homogeneity Article published earlier |
| spellingShingle | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности Невструев, Г.Ф. Ильницкая, Г.Д. Соколов, А.Н. |
| title | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности |
| title_alt | Отримання термостабільних порошків кубічного нітриду бору підвищеної однорідності Production of thermostable cubic boron nitride powders of improved homogeneity |
| title_full | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности |
| title_fullStr | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности |
| title_full_unstemmed | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности |
| title_short | Получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности |
| title_sort | получение термостабильных порошков кубического нитрида бора повышенной однородности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70323 |
| work_keys_str_mv | AT nevstruevgf polučenietermostabilʹnyhporoškovkubičeskogonitridaborapovyšennoiodnorodnosti AT ilʹnickaâgd polučenietermostabilʹnyhporoškovkubičeskogonitridaborapovyšennoiodnorodnosti AT sokolovan polučenietermostabilʹnyhporoškovkubičeskogonitridaborapovyšennoiodnorodnosti AT nevstruevgf otrimannâtermostabílʹnihporoškívkubíčnogonítriduborupídviŝenoíodnorídností AT ilʹnickaâgd otrimannâtermostabílʹnihporoškívkubíčnogonítriduborupídviŝenoíodnorídností AT sokolovan otrimannâtermostabílʹnihporoškívkubíčnogonítriduborupídviŝenoíodnorídností AT nevstruevgf productionofthermostablecubicboronnitridepowdersofimprovedhomogeneity AT ilʹnickaâgd productionofthermostablecubicboronnitridepowdersofimprovedhomogeneity AT sokolovan productionofthermostablecubicboronnitridepowdersofimprovedhomogeneity |