Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂
Исследованы закономерности фазо- и структурообразования, а также прочностные характеристики гетерофазной керамики систем B₄C−CaB₆ и B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, что при применении технологии реакционного горячего прессования присутствие
 свободного углерода в шихте обеспечивает восстановление ок...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84644 |
| 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: | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ / О.Н. Григорьев, Б.А. Галанов, А.В. Коротеев, В.А. Котенко, Л.М. Мелах // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 10. — С. 83-88. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860140103147454464 |
|---|---|
| author | Григорьев, О.Н. Галанов, Б.А. Коротеев, А.В. Котенко, В.А. Мелах, Л.М. |
| author_facet | Григорьев, О.Н. Галанов, Б.А. Коротеев, А.В. Котенко, В.А. Мелах, Л.М. |
| citation_txt | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ / О.Н. Григорьев, Б.А. Галанов, А.В. Коротеев, В.А. Котенко, Л.М. Мелах // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 10. — С. 83-88. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Исследованы закономерности фазо- и структурообразования, а также прочностные характеристики гетерофазной керамики систем B₄C−CaB₆ и B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, что при применении технологии реакционного горячего прессования присутствие
свободного углерода в шихте обеспечивает восстановление оксидных примесей и активирует процесс спекания. При этом прочность при изгибе полученных композитов
B₄C−CaB₆ в интервале концентраций CaB₆ 0–10% (об.) составляет 420–425 МПа и увеличивается до 500 МПа при введении в керамику 20% (об.) TiB₂. В рамках аналитической модели квазистатического проникновения ударников в хрупкие тела установлено,
что гетерофазная керамика B₄C−CaB₆, состоящая из “прочного” (карбид бора) и “слабого” (борид кальция) компонент имеет более высокий уровень механических свойств,
чем соответствующая монофазная керамика.
Дослiджено закономiрностi фазо- та структуроутворення, а також мiцнiснi характеристики гетерофазної керамiки систем B₄C−CaB₆ i B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, що при застосуваннi технологiї реакцiйного гарячого пресування присутнiсть вiльного вуглецю в шихтi забезпечує вiдновлення оксидних домiшок та активує процес спiкання. При цьому мiцнiсть при згинi отриманих композитiв B₄C−CaB₆ в iнтервалi концентрацiй CaB₆ 0–30%
(об.) становить 420–425 МПа та збiльшується до 500 МПа при введеннi у керамiку 20%
(об.) TiB₂. В рамках аналiтичної моделi квазiстатичного проникнення ударникiв у крихкi
тiла встановлено, що гетерофазна керамiка B₄C−CaB₆, яка складається з “мiцної” (карбiд
бора) i “слабкої” (борид кальцiю) компонент, має значно вищий рiвень механiчних властивостей, нiж вiдповiдна монофазна керамiка.
Regularities of the phase and structure formation and strength characteristics of ceramic heterophase systems B₄C and B₄C−CaB₆−CaB₆−TiB₂ are investigated. It is shown that, under the
application of technologies of the reaction hot pressing, the presence of free carbon in the charge
ensures the recovery of oxide impurities and activates the sintering. In this case, the flexural strength
of the composites B₄C−CaB₆ in the concentration interval 0–10 vol.% CaB₆ is 420–425 MPa and
increases up to 500 MPa with the introduction of about 20 vol.% TiB₂ in the ceramic. Within
the analytical model of quasistatic penetration of indenters in brittle solids, it is established that
heterophase ceramics B₄C−CaB₆ composed of “strong” (boron carbide) and “weak” (calcium boride)
components has higher mechanical properties than the corresponding monophasic ceramics.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:48:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
îïîâiäi
ÍÀÖIÎÍÀËÜÍΈ
ÀÊÀÄÅÌIˆ ÍÀÓÊ
ÓÊÐÀˆÍÈ
10� 2012
ÌÀÒÅÐIÀËÎÇÍÀÂÑÒÂÎ
ÓÄÊ 621.762
© 2012
×ëåí-êîððåñïîíäåíò ÍÀÍ Óêðàèíû Î. Í. Ãðèãîðüåâ, Á. À. Ãàëàíîâ,
À. Â. Êîðîòååâ, Â. À. Êîòåíêî, Ë. Ì. Ìåëàõ
Ñòðóêòóðà è ñîïðîòèâëåíèå âíåäðåíèþ ãåòåðîôàçíîé
êåðàìèêè B 4C� CaB 6� TiB 2
Èññëåäîâàíû çàêîíîìåðíîñòè ôàçî- è ñòðóêòóðîîáðàçîâàíèÿ, à ò àêæå ïðî÷íîñòíûå õà-
ðàêòåðèñòèêè ãåòåðîôàçíîé êåðàìèêè ñèñòåì B4C� CaB6 è B4C� CaB6� TiB 2. Ïîêàçà-
íî, ÷òî ïðè ïðèìåíåíèè òåõíîëîãèè ðåàêöèîííîãî ãîðÿ÷åãî ïðåññîâàíèÿ ïðèñóòñòâèå
ñâîáîäíîãî óãëåðîäà â øèõòå îáåñïå÷èâàåò âîññòàíîâëåíèå îêñè äíûõ ïðèìåñåé è àêòè-
âèðóåò ïðîöåññ ñïåêàíèÿ. Ïðè ýòîì ïðî÷íîñòü ïðè èçãèáå ïîëó÷åííûõ êîìïîçèòîâ
B4C� CaB6 â èíòåðâàëå êîíöåíòðàöèé CaB6 0�10% (îá.) ñîñòàâëÿåò 420�425 ÌÏà è óâå-
ëè÷èâàåòñÿ äî 500 ÌÏà ïðè ââåäåíèè â êåðàìèêó 20% (îá.) TiB 2.  ðàìêàõ àíàëèòè÷åñ-
êîé ìîäåëè êâàçèñòàòè÷åñêîãî ïðîíèêíîâåíèÿ óäàðíèêîâ â õðóïêè å òåëà óñòàíîâëåíî,
÷òî ãåòåðîôàçíàÿ êåðàìèêà B4C� CaB6, ñîñòîÿùàÿ èç �ïðî÷íîãî� (êàðáèä áîðà) è �ñëà-
áîãî� (áîðèä êàëüöèÿ) êîìïîíåíò èìååò áîëåå âûñîêèé óðîâåíü ìå õàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ,
÷åì ñîîòâåòñòâóþùàÿ ìîíîôàçíàÿ êåðàìèêà.
Îïòèìèçàöèÿ ñîñòàâîâ è ñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ êåðàìè÷åñê èõ ìàòåðèàëîâ, èñïîëüçóåìûõ
â óñëîâèÿõ ñîñðåäîòî÷åííîãî íàãðóæåíèÿ (áðîíåâûå ïëàñòèí û, äåòàëè ðàçìîëüíîãî îáî-
ðóäîâàíèÿ), çàâèñèò îò ìíîãî÷èñëåííûõ òðåáîâàíèé, ñðåäè ê îòîðûõ ïåðâîî÷åðåäíûìè ÿâ-
ëÿþòñÿ õàðàêòåðèñòèêè ñîïðîòèâëåíèÿ êåðàìèêè êîíòàêòíîì ó ðàçðóøåíèþ, òåõíîëîãè÷-
íîñòü ìàòåðèàëà, äîñòóïíîñòü ñûðüÿ è íåâûñîêàÿ ñòîèìîñòü ï ðîèçâîäñòâà. Ïîýòîìó âñåã-
äà îñòàåòñÿ àêòóàëüíûì ïîèñê òàêèõ ñîñòàâîâ êåðàìèêè, ïðè ê îòîðûõ èìååò ìåñòî ïåðå-
õîä ê êîìïîçèòàì ñ êåðàìè÷åñêîé ìàòðèöåé c ñóùåñòâåííî óëó÷ øåííûìè ïðî÷íîñòíûìè
õàðàêòåðèñòèêàìè.
Ðàíåå íàìè áûëà ïîêàçàíà ïåðñïåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ êå ðàìè÷åñêèõ êîìïîçèòîâ,
ñî÷åòàþùèõ êîìïîíåíòû ñ âûñîêèìè è íèçêèìè óðîâíÿìè äåôîðì àöèé ðàçðóøåíèÿ [1].
 ðàìêàõ òàêîãî ïîäõîäà ïåðñïåêòèâíîé ÿâëÿåòñÿ êåðàìèêà ñè ñòåìû B4C� CaB6.
Âñëåäñòâèå áëèçîñòè ôèçè÷åñêèõ è òåïëîâûõ ñâîéñòâ êîìïîíåí ò êîìïîçèòà B4C� CaB6
ìàêñèìèçàöèè åãî ïðî÷íîñòíûõ ñâîéñòâ, â ñîîòâåòñòâèè ñ [2] , ìîæíî îæèäàòü ïðè âûñî-
êîì, áëèçêîì ê ýêâèîáúåìíîìó, ñîäåðæàíèè âòîðîé ôàçû. Ïðè ý òîì äàííàÿ êåðàìèêà ìî-
æåò áûòü ïîëó÷åíà â ðåæèìå ðåàêöèîííîãî ñïåêàíèÿ (ðåàêöèîí íîãî ãîðÿ÷åãî ïðåññîâà-
íèÿ) ñ èñïîëüçîâàíèåì äåøåâîãî ïðèðîäíîãî ñûðüÿ � êàëüöèòà CaCO3. Â ýòèõ óñëîâèÿõ
ISSN 1025-6415 Äîïîâiäi Íàöiîíàëüíî¨ àêàäåìi¨ íàóê Óêðà¨íè , 2012, •10 83
èìååò ìåñòî àêòèâàöèÿ ñïåêàíèÿ ñ ïåðåõîäîì ê ïîíèæåííûì òåì ïåðàòóðàì ñïåêàíèÿ (íè-
æå 2000� Ñ).
 äàííîé ðàáîòå âûïîëíåíû èññëåäîâàíèÿ âîçìîæíîñòåé ïîëó÷ åíèÿ êåðàìèêè ñèñòåìû
B4C� CaB6 è ïðîèçâåäåíà îöåíêà íåêîòîðûõ ôèçè÷åñêèõ è ìåõàíè÷åñêèõ ñ âîéñòâ. Èññëåäî-
âàëè òàêæå âëèÿíèå ñâîáîäíîãî óãëåðîäà â êåðàìèêå íà ôîðìèð îâàíèå åå ñâîéñòâ.
 êà÷åñòâå èñõîäíûõ ìàòåðèàëîâ èñïîëüçîâàëèñü ïîðîøêè B4C è CaB6 îòå÷åñòâåííî-
ãî ïðîèçâîäñòâà. Êàðáèä áîðà ñîäåðæèò ñâîáîäíûé óãëåðîä (ä î 4�5% (îá.)). Ïðèñóòñòâèå
ñâîáîäíîãî óãëåðîäà îáåñïå÷èâàåò âîññòàíîâëåíèå îêñèäíû õ ïðèìåñåé â øèõòå, àêòèâèðóåò
ïðîöåññ ñïåêàíèÿ è âëèÿåò íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà êåðàìèê è. Ïîñëåäíåå îáñóæäàåòñÿ
â äàííîé ðàáîòå.
Øèõòà ãîòîâèëàñü ïóòåì ðàçìîëà â ïëàíåòàðíîé ìåëüíèöå. Èñï îëüçîâàëèñü øàðû èç
êîìïîçèöèîííîé êåðàìèêè ( B4C� TiB 2), íàìîë êîòîðûõ ïðèâîäèë ê ïîÿâëåíèþ â øèõòå è,
â äàëüíåéøåì, â ñîñòàâå êåðàìèêè íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâ äèáîð èäà òèòàíà (äî 1�2%). Ãîðÿ-
÷åå ïðåññîâàíèå âûïîëíÿëè íà óñòàíîâêå ÑÏÄ-120 â ãðàôèòîâû õ ïðåññ-ôîðìàõ ïðè òåìïå-
ðàòóðàõ� 2150 � Ñ è äàâëåíèè 30 ÌÏà. Óïðóãèå ñâîéñòâà (ìîäóëè Þíãà, ñäâèãà, î áúåìíûé
è êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà � ) ïîëó÷åííûõ îáðàçöîâ ðàññ÷èòûâàëèñü ïî ðåçóëüòàòàì èçìå-
ðåíèé ïëîòíîñòè è ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïðîäîëüíûõ è ïî ïåðå÷íûõ óëüòðàçâóêîâûõ
êîëåáàíèé. Äëÿ èçìåðåíèé ïðîäîëüíîé ( vl ) è ïîïåðå÷íîé ( vt ) ñêîðîñòåé ÓÇ ïðèìåíÿëàñü
àïïàðàòóðà è ìåòîäèêè, îïèñàííûå â ðàáîòàõ [3, 4]. Ïëîòíîñò ü ïðè ýòîì èçìåðÿëàñü ñ ïî-
ãðåøíîñòüþ 10 � 4 îòí. åä. ïðè ìàññå îáðàçöîâ 10 ã.
Ñîñòàâû è íåêîòîðûå õàðàêòåðèñòèêè îáðàçöîâ ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 1.
Êåðàìèêà ñèñòåìû B4C� CaB6 âíå çàâèñèìîñòè îò ñîñòàâà, çà èñêëþ÷åíèåì îáðàçöîâ
ÂÑ2, èìååò ïðèìåðíî îäèíàêîâûé óðîâåíü ïëîòíîñòè � 2,52�2,5 4 ã/ñì 3, ÷òî, ñ ó÷åòîì ïðè-
ñóòñòâèÿ 1�2%TiB 2, ñîîòâåòñòâóåò åå áåñïîðèñòîìó ñîñòîÿíèþ, à òàêæå ïðèìåðí î îäèíà-
êîâóþ ïðî÷íîñòü ïðè èçãèáå 420�425 ÌÏà. Ýòî îáóñëîâëåíî ïðà êòè÷åñêè îäèíàêîâîé ïëîò-
íîñòüþ êîìïîíåíòîâ ïðè áëèçîñòè çíà÷åíèé èõ óïðóãèõ õàðàêò åðèñòèê.
Ïî ðåçóëüòàòàì ïåðâè÷íîé àòòåñòàöèè ïîëó÷åííûõ îáðàçöîâ ê åðàìèêà ÂÑ4 áûëà ïðèíÿ-
òà â êà÷åñòâå áàçîâîé è â äàëüíåéøåì ê øèõòàì ýòîãî ñîñòàâà äî áàâëÿëè äîïîëíèòåëüíûå
êîëè÷åñòâà (10 è 20% (îá.)) äèáîðèäà òèòàíà.  êåðàìèêå, äîï îëíèòåëüíî ñîäåðæàùåé äè-
áîðèä òèòàíà (20% (îá.) â îáðàçöàõ ÂÑÒ2), îòìå÷àåòñÿ îæèäàåì îå óâåëè÷åíèå ïðî÷íîñòè
ïðàêòè÷åñêè äî óðîâíÿ 500 ÌÏà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ìíîãî÷èñë åííûì ëèòåðàòóðíûì äàí-
íûì.
Òèïè÷íàÿ ñòðóêòóðà êåðàìèêè B4C� CaB6 ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1. Ðàçìåð çåðåí äî 20�
25 ìêì â êåðàìèêå ÂÑ1, íå ñîäåðæàùåé ãåêñàáîðèä êàëüöèÿ, è � 10 ìêì � â ãåòåðîôàçíîé
êåðàìèêå B4C� CaB6. Ìåíüøèé ðàçìåð çåðåí îáóñëîâëåí çàòðóäíåíèåì ðåêðèñòàëë èçàöèè
Òàáëèöà 1. Состав исходной шихты, плотность и прочность при изгибе образцов керамики B4C� CaB6 � TiB 2
Маркировка
образцов
Состав, % (об.) Плотность,
г/см3
Прочность,
МПаB4C CaB6 TiB 2
BC1 100 — — 2,54 420
BC2 90 10 — 2,57 380
BC3 80 20 — 2,52 425
BC4 70 30 — 2,54 420
BC5 60 40 — 2,52 425
BCT1 70 30 10 2,73 425
BCT2 70 30 20 2,92 496
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, •10
Рис. 1. Типичная структура керамики B4C� CaB6 различных составов: à — 70% B4C — 30% CaB6 ; á — 80%
B4C — 20% CaB6
êàðáèäà áîðà ïðè ñïåêàíèè â ïðèñóòñòâèè áîðèäîâ. ×åðíûå îáë àñòè íà ñíèìêàõ ñîîòâåò-
ñòâóþò ó÷àñòêàì ñâîáîäíîãî óãëåðîäà (ðèñ. 1, á), à â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ � ó÷àñòêàì ïîâåðõ-
íîñòíîé íàâåäåííîé ïîðèñòîñòè (ñ ðàçìåðàìè ïîð � 0;5�5 ìêì), âûçâàííîé âûêðàøèâàíèåì
ïðè àëìàçíîé îáðàáîòêå. Ýòè îáëàñòè ëîêàëèçîâàíû, ïðåèìóù åñòâåííî, ïî ãðàíèöàì çåðåí
îñíîâíûõ ôàç.
Ðåíòãåíîãðàôè÷åñêèé àíàëèç ïîëó÷åííûõ ìàòåðèàëîâ ïîêàçà ë íàëè÷èå â îáðàçöàõ êàð-
áèäà áîðà, áîðèäà êàëüöèÿ, ñâîáîäíîãî óãëåðîäà (äî 4% (îá.) ) è áîðèäà òèòàíà (2�3% (îá.)).
Çíà÷åíèÿ óïðóãèõ õàðàêòåðèñòèê îáðàçöîâ ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 2. Êåðàìèêà èç êàð-
áèäà áîðà, ïîëó÷àåìàÿ ïî èñïîëüçóåìîé òåõíîëîãèè, ïðè îòñó òñòâèè ñâîáîäíîãî óãëåðîäà
èìååò ìîäóëü Þíãà, ðàâíûé 450 ÃÏà, â òî âðåìÿ êàê êåðàìèêà ÂÑ1 î áëàäàåò ìîäóëåì Þíãà
âñåãî 400 ÃÏà. Ñíèæåíèå ìîäóëÿ Þíãà ñâÿçàíî ñ ïðèñóòñòâèåì ñ âîáîäíîãî óãëåðîäà è åãî
ëîêàëèçàöèåé ïî ãðàíèöàì çåðåí îñíîâíûõ êîìïîíåíòîâ (ðèñ. 1, á). Ââåäåíèå ãåêñàáîðèäà
êàëüöèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ äàëüíåéøèì ïàäåíèåì ìîäóëÿ Þíãà, ÷ òî ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî
óâåëè÷åíèåì äåôåêòíîñòè (ïîâðåæäàåìîñòè) êåðàìèêè. Äîïî ëíèòåëüíîå ââåäåíèå äèáîðèäà
òèòàíà, âñëåäñòâèå åãî áîëåå âûñîêèõ óïðóãèõ õàðàêòåðèñòèê, ïðèâîäèò ê îæèäàåìîìó ðîñ-
òó ìîäóëÿ Þíãà, êîòîðûé, òåì íå ìåíåå, îêàçûâàåòñÿ ìåíüøèì, ÷åì ðàñ÷åòíûé äëÿ êîìïî-
çèòîâ B4C� CaB6� TiB 2. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åííûå ìàòåðèàëû õàðàêòåðèçóþòñÿ ìåí üøåé
æåñòêîñòüþ, ÷åì êåðàìèêà èç ìîíîôàçíîãî êàðáèäà áîðà.
Èçìåðåíèÿ òâåðäîñòè êåðàìèêè ïî Âèêêåðñó ïðîâîäèëèñü ïðè íà ãðóçêàõ íà èíäåíòîðå
îò 2 äî 300 Í. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ íàáëþäàëîñü îáðàçîâàíèå ðàäèàëü íûõ è áîêîâûõ ëåïåñòêîâûõ
(lateral) òðåùèí. Ïðè âûñîêèõ íàãðóçêàõ èõ ïåðåñå÷åíèå ïðè âîäèëî ê îáðàçîâàíèþ áîëüøèõ
ñêîëîâ ìàòåðèàëà. Â êåðàìèêå íà îñíîâå ìîíîôàçíîãî êàðáèäà áîðà, íå ñîäåðæàùåé ñâî-
áîäíîãî óãëåðîäà, òàêèå ñêîëû äåëàþò íåâîçìîæíûì èçìåðåíè å òâåðäîñòè ïðè íàãðóçêàõ
áîëåå 50Í. Â êåðàìèêå, ñîäåðæàùåé ñâîáîäíûé óãëåðîä, èíòåí ñèâíîñòü îáðàçîâàíèÿ ñêîëîâ
Òàáëèöà 2. Упругие характеристики керамики B4C� CaB6 � TiB 2
Маркировка
образцов
Упругие характеристики
� , г/см3 � l , м/с � t , м/с E , ГПа G, ГПа B , ГПа �
ВС-1 2,540 12936,9 8210,1 399,62 171,83 197,54 0,163
ВС-4 2,536 12808,1 7822,3 373,26 155,19 209,15 0,203
ВСТ-1 2,725 12633,5 7819,4 396,42 166,63 212,79 0,189
ВСТ-2 2,922 12618,4 7964,7 433,32 185,36 218,10 0,169
ISSN 1025-6415 Äîïîâiäi Íàöiîíàëüíî¨ àêàäåìi¨ íàóê Óêðà¨íè , 2012, •10 85
Рис. 2. Твердость керамики в зависимости от нагрузки (à) и от количества CaB6 (á)
ðåçêî ñíèæåíà èç-çà ïðîöåññîâ ìèêðîðàñòðåñêèâàíèÿ, ÷òî ïî çâîëÿåò âûïîëíÿòü èçìåðåíèÿ
òâåðäîñòè ïðè íàãðóçêàõ 200�300Í. Â ñîîòâåòñòâèè ñ ðàçâèâàåìûì íàìè ïîäõîäîì, ñîïðî-
òèâëåíèå êåðàìèêè âíåäðåíèþ ïðè óäàðå òåì âûøå, ÷åì áîëüøå è íòåðâàë íàãðóçîê, â êî-
òîðîì âîçìîæíû èçìåðåíèÿ òâåðäîñòè, è ÷åì âûøå òâåðäîñòü ïð è ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîé
íàãðóçêå. Ïîýòîìó êåðàìèêà íà îñíîâå êàðáèäà áîðà â ïðèñóòñ òâèè ñâîáîäíîãî óãëåðîäà
áîëåå ïåðñïåêòèâíà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå áðîíåâîé ï î ñðàâíåíèþ ñ ìîíîôàçíîé.
Àíàëèç çàâèñèìîñòè òâåðäîñòè ãåòåðîôàçíîé êåðàìèêè îò íàã ðóçêè ïîêàçûâàåò, ÷òî ýòà
çàâèñèìîñòü õàðàêòåðèçóåòñÿ ìàêñèìóìîì ïðè íàãðóçêàõ 10� 50 Í ñ óìåíüøåíèåì òâåðäîñòè
íå òîëüêî ïðè âûñîêèõ íàãðóçêàõ, íî è ñ ðåçêèì åå óìåíüøåíèåì ïðè ñíèæåíèè íàãðóçêè
äî 2Í (ðèñ. 2, à). Òàêîå ïîâåäåíèå ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì äëÿ ãåòåðîôàçíûõ êåðà ìè÷åñêèõ
ìàòåðèàëîâ, â êîòîðûõ ïðè âíåäðåíèè èíäåíòîðà èìåþò ìåñòî ï ðîöåññû ìèêðîðàñòðåñêè-
âàíèÿ [5, 6].
Êåðàìèêà ñèñòåìû B4C� CaB6 ïðè âûñîêèõ íàãðóçêàõ èìååò ñóùåñòâåííî áîëåå âûñîêèå
çíà÷åíèÿ òâåðäîñòè (ðèñ. 2, á), ÷åì êåðàìèêà B4C è B4C� CaB6� TiB 2. Áîëåå âûñîêóþ òâåð-
äîñòü òàêèõ ìàòåðèàëîâ ìû ñâÿçûâàåì ñ óâåëè÷åíèåì ðàáîòû ïî óïëîòíåíèþ ïîðîøêîâîãî
ôðàãìåíòèðîâàííîãî ìàòåðèàëà â ÿäðå ðàçðóøåíèÿ ïîä îáëàñò üþ êîíòàêòà.
 òàáë. 3 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ òâåðäîñòè ïî Ìåéåðó è êîíòàêòíà ÿ ïðî÷íîñòü êåðàìèêè
íà ðàñòÿæåíèå (� f ) è ñæàòèå (Y ). Ðàñ÷åò âåëè÷èí êîíòàêòíîé ïðî÷íîñòè âûïîëíåí â ñîîò-
âåòñòâèè ñ ìåòîäèêîé [2].
Òàáëèöà 3. Твердость по Мейеру, контактная прочность на растяжение (CST) и сжатие (Y ) керамики
B4C� CaB6 и B4C� CaB6 � TiB 2
Маркировка
образцов
Состав, % (об.) Упругие и прочностные характеристики
B4C TiB 2 CaB6 Нагрузка, Н E , ГПа � HM , ГПа � f , ГПа Y , ГПа
BC-4 60 0 40 200 373,26 0,203 27,48 0,58 6,91
300 373,26 0,203 26,03 0,60 6,24
BCT-1 63 10 27 200 396,42 0,189 22,50 0,6 4,58
300 396,42 0,189 20,69 0,55 3,97
BCT-2 56 20 24 200 433,32 0,169 20,53 0,55 3,66
300 433,32 0,169 23,09 0,51 4,54
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, •10
Рис. 3. Соотношение между твердостью и прочностью при одноосном сжатии для исходных компонентов
и композита B4C� CaB6
Îáà îáðàçöà æåñòêîé êåðàìèêè (ÂÑÒ1 è ÂÑÒ2) èìåþò áîëåå íèçêèå ç íà÷åíèÿ ìàêðî-
òâåðäîñòè, õàðàêòåðèçóþùåé ñîïðîòèâëåíèå êåðàìèêè ðàçðó øåíèþ ïðè âíåäðåíèè, ïî ñðàâ-
íåíèþ ñ êåðàìèêîé B4C� CaB6. Ïîñëåäíÿÿ êåðàìèêà èìååò áîëåå âûñîêèå çíà÷åíèÿ êîíòà-
êòíîé ïðî÷íîñòè íà ðàñòÿæåíèå è ñæàòèå. Ýòè âåëè÷èíû ÿâëÿþò ñÿ ïàðàìåòðàìè ìàòåðèàëà,
îïðåäåëÿþùèìè åãî ñîïðîòèâëåíèå âíåäðåíèþ óäàðíèêîâ.
Ïðåèìóùåñòâà íîâîãî êîìïîçèöèîííîãî ìàòåðèàëà õîðîøî âèä íû íà ðèñ. 3 â êîîðäè-
íàòàõ HM=E -Y=E (ñì. [1]), íà êîòîðîì òî÷êàìè ïðåäñòàâëåíû ýêñïåðèìåíòàëü íûå äàííûå
äëÿ òèïè÷íûõ êåðàìè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Êîìïîçèöèîííàÿ êåð àìèêà B4C� CaB6, ñîñòîÿùàÿ
èç �ïðî÷íîãî� (êàðáèä áîðà) è �ñëàáîãî� (áîðèä êàëüöèÿ) êîì ïîíåíòîâ â ðåçóëüòàòå �âêëþ-
÷åíèÿ� íîâûõ ìåõàíèçìîâ äèññèïàöèè ýíåðãèè óäàðíèêà ïðè âí åäðåíèè îáëàäàåò óðîâíåì
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ, çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàþùåì òàêîâûå äë ÿ èñõîäíûõ òóãîïëàâêèõ ñî-
åäèíåíèé. Òàê, êîíòàêòíàÿ ïðî÷íîñòü íà ñæàòèå êîìïîçèòà B4C� CaB6 îêàçûâàåòñÿ ðàâíîé
6,25 ÃÏà, òîãäà êàê åå âåëè÷èíà îêàçûâàåòñÿ ïîðÿäêà 0,9 ÃÏà ó �ñëàáîé� êîìïîíåíòû CaB6
è 2,2 ÃÏà � ó �ïðî÷íîé� êîìïîíåíòû  4Ñ.
Ïîëó÷åííûé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ðåçóëüòàò íàõîäèòñÿ â ïîëíî ì ñîîòâåòñòâèè ñ âûâî-
äàìè àíàëèòè÷åñêîé ìîäåëè êâàçèñòàòè÷åñêîãî âíåäðåíèÿ èí äåíòåðîâ â õðóïêèå òåëà [1],
ó÷èòûâàþùåé çàòðàòû ýíåðãèè âíåäðåíèÿ íà óïëîòíåíèå ôðàãì åíòèðîâàííîãî ïîðîøêîâîãî
ìàòåðèàëà, îáðàçóþùåãîñÿ â �ÿäðå� ðàçðóøåíèÿ ïîä îáëàñòüþ êîíòàêòà.
Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ãîðÿ÷åïðåññîâàíí îé êåðàìèêè èç êàðáèäà áî-
ðà, à òàêæå êåðàìèêè ñèñòåìB4C� CaB6 è B4C� CaB6� TiB 2 ïîêàçàëè:
ïðèñóòñòâèå ñâîáîäíîãî óãëåðîäà â êîëè÷åñòâå äî 4% (îá.) ïð èâîäèò ê óìåíüøåíèþ
æåñòêîñòè ìàòåðèàëà è ïàäåíèþ ìîäóëÿ Þíãà äî 400 ÃÏà è 370 ÃÏà â êåðàìèêå B4C è
B4C� CaB6 ñîîòâåòñòâåííî. Ââåäåíèå äîïîëíèòåëüíûõ êîëè÷åñòâ äèáîðè äà òèòàíà óâåëè÷è-
âàåò ìîäóëü Þíãà äî 430 ÃÏà, íî åãî âåëè÷èíà îêàçûâàåòñÿ ñóùå ñòâåííî íèæå ðàñ÷åòíîé;
ïðî÷íîñòü ïðè èçãèáå îáðàçöîâ êåðàìèêè B4C� CaB6 îêàçàëàñü ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿí-
íîé (420�425 ÌÏà) ïðè îäíîâðåìåííî âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ ìàêðî òâåðäîñòè (HVP =200 Í �
� 25 ÃÏa).  ñëó÷àå ïåðåõîäà ê êîìïîçèöèîííîé êåðàìèêå ñ 20% TiB 2 ïðî÷íîñòü óâåëè-
÷èâàëàñü äî óðîâíÿ 500 ÌÏà ïðè áîëåå íèçêèõ çíà÷åíèÿõ ìàêðîò âåðäîñòè (HVP =200 Í �
� 20 ÃÏa);
ðàñ÷åò õàðàêòåðèñòèê êîíòàêòíîé ïðî÷íîñòè ïîêàçàë èõ íàèâ ûñøèå çíà÷åíèÿ äëÿ äâóõ-
ôàçíîé ñèñòåìû B4C� CaB6 (6,25 ÃÏà) è ïåðñïåêòèâíîñòü ýòîé êåðàìèêè â êà÷åñòâå ìàòå-
ðèàëîâ ñ âûñîêèì ñîïðîòèâëåíèåì âíåäðåíèþ ïðè óäàðå.
ISSN 1025-6415 Äîïîâiäi Íàöiîíàëüíî¨ àêàäåìi¨ íàóê Óêðà¨íè , 2012, •10 87
1. Ãàëàíîâ Á. À., Ãðèãîðüåâ Î. Í. Аналитическая модель индентирования хрупких материалов. Элект-
ронная микроскопия и прочность материалов. – Киев: Изд-во ИПМ НАНУ. – 2006. – Вып. 13. –
С. 4–42.
2. Galanov B. A., Grigoriev O. N., Milman Yu. V., Tre�lov V. I. Structural materials: theoretical fundamen-
tals // Ceramic and Carbon-matrix Composites / Ed. by V. I. Trefilov. – New York: Chapman and Hall. –
1995. – P. 1–29.
3. Bochko A. V., Zaporozhets O. I. Elastic Constants and Elasticity Moduli of Cubic and Wurtzitic Boron
Nitride // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 1996. – No 7–8. – P. 417–423.
4. Zaporozhets O. I., Lichko A. V., Nemoshkalenko V. V. et al. A technology for non-destructive testing of
metalworks // Met. Phys. Adv. Tech. – 1999. – 17. – P. 961–971.
5. Ãðèãîðüåâ Î. Í. Исследование пластических и прочностных свойств сверхтвердых материалов мето-
дами микровдавливания // Порошк. металлургия. – 1982. – № 1. – С. 74–83.
6. Ãðèãîðüåâ Î. Í., Òðåôèëîâ Â. È., Øàòîõèí À. Ì. Влияние температуры на разрушение хрупких ма-
териалов при сосредоточенном нагружении // Там же. – 1983. – № 12. – С. 75–82.
Ïîñòóïèëî â ðåäàêöèþ 23.03.2012Èíñòèòóò ïðîáëåì ìàòåðèàëîâåäåíèÿ
èì. È. Í. Ôðàíöåâè÷à ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
×ëåí-êîðåñïîíäåíò ÍÀÍ Óêðà¨íè Î. Ì. Ãðèãîðü¹â, Á. Î. Ãàëàíîâ,
Î. Â. Êîðîòå¹â, Â. À. Êîòåíêî, Ë. Ì. Ìåëàõ
Ñòðóêòóðà òà îïið ïðîíèêíåííþ ãåòåðîôàçíî¨ êåðàìiêè
B 4C� CaB 6 � TiB 2
Äîñëiäæåíî çàêîíîìiðíîñòi ôàçî- òà ñòðóêòóðîóòâîðåííÿ, à òàêî æ ìiöíiñíi õàðàêòåðèñ-
òèêè ãåòåðîôàçíî¨ êåðàìiêè ñèñòåì B4C� CaB6 i B4C� CaB6� TiB 2. Ïîêàçàíî, ùî ïðè çàñ-
òîñóâàííi òåõíîëîãi¨ ðåàêöiéíîãî ãàðÿ÷îãî ïðåñóâàííÿ ïðèñóòíiñòü âiëüíîãî âóãëåöþ â øèõ-
òi çàáåçïå÷ó¹ âiäíîâëåííÿ îêñèäíèõ äîìiøîê òà àêòèâó¹ ïðîöå ñ ñïiêàííÿ. Ïðè öüîìó ìiö-
íiñòü ïðè çãèíi îòðèìàíèõ êîìïîçèòiâ B4C� CaB6 â iíòåðâàëi êîíöåíòðàöié CaB6 0�30%
(îá.) ñòàíîâèòü 420�425 ÌÏà òà çáiëüøó¹òüñÿ äî 500 ÌÏà ïðè ââå äåííi ó êåðàìiêó 20%
(îá.) TiB 2.  ðàìêàõ àíàëiòè÷íî¨ ìîäåëi êâàçiñòàòè÷íîãî ïðîíèêíåííÿ óä àðíèêiâ ó êðèõêi
òiëà âñòàíîâëåíî, ùî ãåòåðîôàçíà êåðàìiêà B4C� CaB6, ÿêà ñêëàäà¹òüñÿ ç �ìiöíî¨� (êàðáiä
áîðà) i �ñëàáêî¨� (áîðèä êàëüöiþ) êîìïîíåíò, ì๠çíà÷íî âèùè é ðiâåíü ìåõàíi÷íèõ âëàñòè-
âîñòåé, íiæ âiäïîâiäíà ìîíîôàçíà êåðàìiêà.
Corresponding Member of the NAS of UkraineO. N. Grigoriev, B. A. Galanov,
A. V. Koroteev, V. A. Kotenko, L. M. Melakh
Structure and resistance of the heterophase ceramic B 4C� CaB 6 � TiB 2
to penetration
Regularities of the phase and structure formation and strengthcharacteristics of ceramic hetero-
phase systemsB4C and B4C� CaB6� CaB6� TiB 2 are investigated. It is shown that, under the
application of technologies of the reaction hot pressing, the presence of free carbon in the charge
ensures the recovery of oxide impurities and activates the sintering. In this case, the �exural strength
of the compositesB4C� CaB6 in the concentration interval 0�10 vol.% CaB6 is 420�425 MPa and
increases up to 500 MPa with the introduction of about 20 vol.% TiB 2 in the ceramic. Within
the analytical model of quasistatic penetration of indenters in brittle solids, it is established that
heterophase ceramicsB4C� CaB6 composed of �strong� (boron carbide) and �weak� (calcium boride)
components has higher mechanical properties than the corresponding monophasic ceramics.
88 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, •10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84644 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:48:39Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Григорьев, О.Н. Галанов, Б.А. Коротеев, А.В. Котенко, В.А. Мелах, Л.М. 2015-07-11T19:51:42Z 2015-07-11T19:51:42Z 2012 Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ / О.Н. Григорьев, Б.А. Галанов, А.В. Коротеев, В.А. Котенко, Л.М. Мелах // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 10. — С. 83-88. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84644 621.762 Исследованы закономерности фазо- и структурообразования, а также прочностные характеристики гетерофазной керамики систем B₄C−CaB₆ и B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, что при применении технологии реакционного горячего прессования присутствие
 свободного углерода в шихте обеспечивает восстановление оксидных примесей и активирует процесс спекания. При этом прочность при изгибе полученных композитов
 B₄C−CaB₆ в интервале концентраций CaB₆ 0–10% (об.) составляет 420–425 МПа и увеличивается до 500 МПа при введении в керамику 20% (об.) TiB₂. В рамках аналитической модели квазистатического проникновения ударников в хрупкие тела установлено,
 что гетерофазная керамика B₄C−CaB₆, состоящая из “прочного” (карбид бора) и “слабого” (борид кальция) компонент имеет более высокий уровень механических свойств,
 чем соответствующая монофазная керамика. Дослiджено закономiрностi фазо- та структуроутворення, а також мiцнiснi характеристики гетерофазної керамiки систем B₄C−CaB₆ i B₄C−CaB₆−TiB₂. Показано, що при застосуваннi технологiї реакцiйного гарячого пресування присутнiсть вiльного вуглецю в шихтi забезпечує вiдновлення оксидних домiшок та активує процес спiкання. При цьому мiцнiсть при згинi отриманих композитiв B₄C−CaB₆ в iнтервалi концентрацiй CaB₆ 0–30%
 (об.) становить 420–425 МПа та збiльшується до 500 МПа при введеннi у керамiку 20%
 (об.) TiB₂. В рамках аналiтичної моделi квазiстатичного проникнення ударникiв у крихкi
 тiла встановлено, що гетерофазна керамiка B₄C−CaB₆, яка складається з “мiцної” (карбiд
 бора) i “слабкої” (борид кальцiю) компонент, має значно вищий рiвень механiчних властивостей, нiж вiдповiдна монофазна керамiка. Regularities of the phase and structure formation and strength characteristics of ceramic heterophase systems B₄C and B₄C−CaB₆−CaB₆−TiB₂ are investigated. It is shown that, under the
 application of technologies of the reaction hot pressing, the presence of free carbon in the charge
 ensures the recovery of oxide impurities and activates the sintering. In this case, the flexural strength
 of the composites B₄C−CaB₆ in the concentration interval 0–10 vol.% CaB₆ is 420–425 MPa and
 increases up to 500 MPa with the introduction of about 20 vol.% TiB₂ in the ceramic. Within
 the analytical model of quasistatic penetration of indenters in brittle solids, it is established that
 heterophase ceramics B₄C−CaB₆ composed of “strong” (boron carbide) and “weak” (calcium boride)
 components has higher mechanical properties than the corresponding monophasic ceramics. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ Структура та опiр проникненню гетерофазної керамiки B₄C−CaB₆−TiB₂ Structure and resistance of the heterophase ceramic B₄C−CaB₆−TiB₂ to penetration Article published earlier |
| spellingShingle | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ Григорьев, О.Н. Галанов, Б.А. Коротеев, А.В. Котенко, В.А. Мелах, Л.М. Матеріалознавство |
| title | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ |
| title_alt | Структура та опiр проникненню гетерофазної керамiки B₄C−CaB₆−TiB₂ Structure and resistance of the heterophase ceramic B₄C−CaB₆−TiB₂ to penetration |
| title_full | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ |
| title_fullStr | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ |
| title_full_unstemmed | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ |
| title_short | Структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики B₄C−CaB₆−TiB₂ |
| title_sort | структура и сопротивление внедрению гетерофазной керамики b₄c−cab₆−tib₂ |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84644 |
| work_keys_str_mv | AT grigorʹevon strukturaisoprotivlenievnedreniûgeterofaznoikeramikib4ccab6tib2 AT galanovba strukturaisoprotivlenievnedreniûgeterofaznoikeramikib4ccab6tib2 AT koroteevav strukturaisoprotivlenievnedreniûgeterofaznoikeramikib4ccab6tib2 AT kotenkova strukturaisoprotivlenievnedreniûgeterofaznoikeramikib4ccab6tib2 AT melahlm strukturaisoprotivlenievnedreniûgeterofaznoikeramikib4ccab6tib2 AT grigorʹevon strukturataopirproniknennûgeterofaznoíkeramikib4ccab6tib2 AT galanovba strukturataopirproniknennûgeterofaznoíkeramikib4ccab6tib2 AT koroteevav strukturataopirproniknennûgeterofaznoíkeramikib4ccab6tib2 AT kotenkova strukturataopirproniknennûgeterofaznoíkeramikib4ccab6tib2 AT melahlm strukturataopirproniknennûgeterofaznoíkeramikib4ccab6tib2 AT grigorʹevon structureandresistanceoftheheterophaseceramicb4ccab6tib2topenetration AT galanovba structureandresistanceoftheheterophaseceramicb4ccab6tib2topenetration AT koroteevav structureandresistanceoftheheterophaseceramicb4ccab6tib2topenetration AT kotenkova structureandresistanceoftheheterophaseceramicb4ccab6tib2topenetration AT melahlm structureandresistanceoftheheterophaseceramicb4ccab6tib2topenetration |