УДК 620.22:621.921.34:661.657.5:539.533

Xiangting Ren, Xiaozhi Yan*, Liping Wang, Yusheng Zhao, Shanmin Wang**
Department of Physics, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies & Shenzhen Engineering Research Center for Frontier Materials Synthesis at High Pressure, Southern University of Science and Technology, Shenzhen, P. R. China
*yanxz@sustech.edu.cn
**wangsm@sustech.edu.cn

Зміцнення надтвердих матеріалів методом наноструктурної інженерії (стор. 3-30)

Традиційні надтверді матеріали, в основному, алмаз і кубічний нітрид бору використовують для наукових досліджень та застосовують у багатьох галузях промисловості, особливо як різальний та обробний інструмент. За останні кілька десятиліть величезні експериментальні зусилля направлено на невпинний пошук нових надтвердих систем з механічними властивостями, що перевершують традиційні. З іншого боку, виявилося ефективним підвищення механічних властивостей традиційних надтвердих матеріалів за допомогою наноструктурування. Експерименти з виготовлення наноструктурованого алмазу і кубічного нітриду бору в умовах високих тиску та температур показали наявність рекордних (~ 200 ГПа) показників твердості, майже вдвічі більших, ніж у їхніх монокристалічних аналогів (~ 110 ГПа). Ці нанокристалічні форми традиційних надтвердих матеріалів з посиленою в’язкістю і термічною стійкістю мають великий потенціал для застосування надтвердих матеріалів наступного покоління. На сьогоднішній день знань про такі наноструктуровані надтверді матеріали все ще недостатньо, і існує багато таємниць, що оточують механізм формування, вплив тиску і температури на ріст нанозерен та дефектів (наприклад, нанодвійників), а також механізм зміцнення, що лежить в основі нановпливу на механічні властивості. У представленій роботі зроблено огляд цієї актуальної теми, який надасть важливі вказівки для подальших досліджень надтвердих матеріалів.

Ключові слова: надтверді матеріали, високий тиск, твердість, наноматеріал.

УДК 666.233

В. Ю. Долматов^{1, *}, О. Н. Озерин², A. Vehanen³, V. Myllymäki³, А.О. Дорохов^4
1Федеральне державне унітарне підприємство “Спеціальне конструкторсько-технологічне бюро “Технолог”, м. Санкт-Петербург, Росія
²Федеральна державна бюджетна установа науки Інститут синтетичних полімерних матеріалів ім. М.С. Еніколопова, РАН, Москва, Росія
³“CarbodeonLtd. Oy”, Ваанта, Фінляндія
⁴АТ “Завод "Пластмас”, м. Копєйськ, сел. Совєтов, Росія
*diamondcentre@mail.ru

До питання про механізм утворення детонаційних алмазів (стор. 31-38)

Показана можливість утворення праструктури детонаційних наноалмазів (ДНА) в плазмі зони хімічних реакцій у вигляді фрактальної вуглецевої сітки з формуванням в її вузлах тривимірного упорядкованого ядра вуглецю, щільність вузлів повинна знаходитися в межах 2,5–3,2 г/см³. При переході через площину Чепмена-Жуге плазмові утворення вуглецю кристалізувалися в ДНА або аморфізувалися. Утворення ДНА відбувалося на відстані 1/3–3/4 діаметра заряду від фронту детонаційної хвилі. В оптимальних умовах на утворення ДНА було використано ~ 20 % (за масою) загального вуглецю вибухової речовини.

Ключові слова: детонаційні наноалмази, механізм утворення, зона хімічних реакцій, площина Чепмена-Жуге, конденсований вуглець, плазма, час утворення наноалмазів.

УДК 621.921.34:548.53:66.097.3 

Sang Jun Cha, Myong Chol Pak*, Kwang-Il Kim, Su Gon Kim
Department of Physics, Kim Il Sung University, Ryongnam Dong, Taesong District Pyongyang, Democratic People’s Republic of Korea
*myongcholpak@163.com

Характеристики перекристалізації каталітичного сплаву та графіту при синтезі алмазів (стор. 39-48)

Розглянуто характеристики перекристалізації каталітичного сплаву і графіту в процесі синтезу алмазу за умови надвисокого тиску і високої температури. У процесі каталітичного синтезу алмазу метал пластично деформується за рахунок підвищення тиску, а потім перекристалізується у міру підвищення температури. При перекристалізації каталітичного металу частинки графіту мають сферичну форму в області, що контактує з каталізатором, а за межами цієї області – довільну форму. Розраховано розподіл густини електронного заряду та енергію когезії структури цементиту, використовуючи метод із перших принципів для дослідження взаємодії між перехідними металевими елементами та атомами вуглецю при високотемпературному каталітичному синтезі. Визначивши постійні параметрів ґратки, отримано енергію когезії шляхом віднімання загальної енергії кристала від суми сумарних енергій атомів, що складають кристал, і ділячи її на кількість атомів. Проаналізовано вплив каталізатора на синтез алмазу.

Ключові слова: алмаз, каталізатор, графіт, перекристалізація, енергія когезії.

 

УДК 620.22-621.921.34

Б. Т. Ратов¹, М. О. Бондаренко², В. А. Мечник^{2, *}, В. В. Стрельчук³, Т. О. Пріхна², В. М. Колодніцький^{2, **}, А. С. Ніколенко³, П. М. Литвин³, І. М. Даниленко³, В. Є. Мощіль², Е. С. Геворкян⁴, А. С. Косьмінов¹, A. Р. Бораш^5
1НАО “Казахський національний дослідницький технічний університет ім. К. І. Сатпаєва”, м. Алмати, Казахстан
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
³Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, м. Київ, Україна
⁴Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
⁵Каспійський державний університет технологій та інжиніринга ім. Ш. Есенова, м. Актау, Казахстан
*vlad.me4nik@ukr.net
**vasylkolod56@gmail.com

Структура і властивості спечених вакуумним гарячим пресуванням композитів WC–Co з різним вмістом CrB₂ для бурових коронок (стор. 49-63)

Методами холодного пресування з подальшим вакуумним гарячим пресуванням сформовані зразки композитів діаметром 10 мм і товщиною 8 мм на основі карбіду вольфраму і кобальту з різним (від 0 до 10 % (за масою)) вмістом дибориду хрому. Комплексне дослідження композитів з використанням традиційних методів випробувань механічних властивостей в поєднанні з методами цифрової оптичної, просвічуваної та скануючої атомно-силової мікроскопії дозволили встановити стабільні кореляційні зв’язки між вмістом добавки CrB₂ з середнім розміром зерен WC, параметрами мікроструктури, твердістю і в’язкістю руйнування композитів. Для композитів WC–6Co (% (за масою)) спостерігали крупнозернисту структуру як з прямим контактом зерен WC, так і з крупними ділянками кобальтової зв’язки. Введення до складу композита добавки CrB₂, навпаки, дозволяє забезпечити формування тонких (~ 100 нм) і протяжних прошарків кобальтової зв’язки навіть між дрібними зернами WC. Показано, що добавка CrB₂ дозволяє сформувати більш дрібнозернисту структуру, параметрами якої можна цілеспрямовано керувати, змінюючи її концентрацію. Встановлено, що введення до складу композита добавки CrB₂ в кількості 4 % (за масою) приводить більш ніж до двократного збільшення в’язкості руйнування – від 4,4 до 9,8 МПа∙м^1/2, при незначному зменшенні твердості від 15,1 до 13,0 ГПа. При подальшому збільшенні вмісту CrB₂ від 4 до 10 % (за масою) спостерігали поступове зменшення в’язкості руйнування і твердості.

Ключові слова: композит, карбід вольфраму, кобальт, диборид хрому, склад, концентрація, вакуумне гаряче пресування, структура, твердість, в’язкість руйнування.

 

УДК 537.534.2:679.826

Lei Zhang*, Fuming Deng, Zhenhai Guo
School of Mechanical Electronic and Information Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing, P. R. China
*15036638883@163.com

Підвищення адгезії алмазного покриття до твердого сплаву попередньою обробкою структури поверхні підкладки лазером (стор. 64-77)

Досліджено миттєвий вплив високої температури лазера на поверхню підкладки, яку готують для вивчення топографії мікроструктури, що спричиняє плавлення структури поверхні, охолодження та відновлення, викликаючи зміни топографії поверхні та поверхневої мікроструктури підкладки. Показано, що після лазерної та ультразвукової попередньої обробки шорсткість поверхні інструменту значно збільшується і з’являється регулярна хвиляста текстура, кількість і розмір дефектів в зоні відновлення неглибокої структури підкладки значно збільшуються, утворюючи унікальну стереоскопічну дефектну і хвилясту ступінчасту структури, збільшуючи щільність і кількість зародків на дефектах. Структура зв’язності отворів підсилює умови зростання зародків кристалів, покращує механічне зчеплення покриття та підкладки, знімає залишкові напруги в поверхневому шарі підкладки.

Ключові слова: попередня обробка лазером, топографія мікроструктури, CVD алмазне покриття, відновлення мікроструктури, адгезія покриття.

 

УДК 621.921.34:666.233.08374

Г. А. Петасюк*, О. О. Бочечка**, Ю. В. Сирота***
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*petasyuk@ukr.net
**bochechka@ism.kiev.ua
***yatoris@gmail.com

Розширення прикладних можливостей пошуково-аналогового методу ідентифікації форми проекції зерен абразивних порошків (стор. 78-89)

Досліджено ступінь довершеності кількісно-об’єктного складу сукупності базових фігур-аналогів пошуково-аналогового методу ідентифікації форми проекції зерен абразивних порошків. З метою розширення прикладних можливостей зазначеного методу запропоновано доповнити відомий перелік базових фігур-аналогів фігурами у формі напівправильних восьмикутника та дванадцятикутника. Виконано аналітичне подання простих критеріїв формоподібності до нових базових фігур-аналогів та створено відповідне програмне забезпечення. Наведено результати апробації удосконаленого пошуково-аналогового методу на стандартних шліфпорошках синтетичного алмазу та електрокорунду.

Ключові слова: алмаз, шліфпорошок, зерно, проекція, формоподібність, ідентифікація, показник.

 

УДК 546.22/.27:620.178.152.3

В. Л. Соложенко
LSPM–CNRS, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse, France
*vladimir.solozhenko@univ-paris13.fr

Твердість нових халькогенідів бору B₁₂S та B₁₂Se (стор. 90-93)

Твердість полікристалічних халькогенідів бору, ромбоедричних B₁₂S і B₁₂Se, була передбачена з використанням сучасних теоретичних моделей і експериментально досліджена за допомогою мікроіндентування. Обидва халькогеніди демонструють твердість за Віккерсом на ~ 33 ГПа, що перевищує твердість карбіду бору, і, отже, належать до сімейства (над)твердих фаз.

Ключові слова: халькогеніди бору, твердість, модуль об’ємного стиснення.