УДК 661.868.1:544.344.015.3:536.421.1

В. З. Туркевич, Ю. Ю. Румянцева*, Ю. І. Садова, О. В. Кущ, I. O. Гладкий, Д. В. Туркевич
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*yrumuanceva@gmail.com

Термодинамічні розрахунки діаграми плавкості системи Fe–Ga–N в контексті кристалізації нітриду галію в умовах високих температур та тисків (стор. 3-10)

Досліджено проблему побудови діаграми плавкості потрійної системи Fe–Ga–N за умов атмосферного та високих (4 і 6 ГПа) тисків з метою пошуку термодинамічної області стабільності перспективного широкозонного напівпровідникового матеріалу – нітриду галію (GaN). Термодинамічні розрахунки було виконано з використанням моделей феноменологічної термодинаміки. Доведено принципову можливість отримання кристалів GaN в умовах високих температур та тисків з використанням заліза в якості сплава-розчинника. Надано рекомендації з оптимізації термодинамічних та кінетичних параметрів отримання кристалів GaN за допомогою методу температурного градієнта з метою покращення їх якості.

Ключові слова: діаграма Fe–Ga–N, високі тиски, термодинамічні розрахунки, Thermo-Calc.

 

УДК 620.22-621.921.34

Б. Т. Ратов¹, В. А. Мечник^2, *, М. О. Бондаренко², В. М. Колодніцький^2, **, Е. С. Геворкян^3
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
³Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
*vlad.me4nik@ukr.net
**vasylkolod56@gmail.com

Фізико-механічні властивості композиційних алмазовмісних матеріалів на основі Fe‒Cu–Ni–Sn‒VN-матриць, спечених вакуумним гарячим пресуванням (стор. 11-25)

Досліджено вплив концентрації добавки нано-VN (в інтервалі від 0 до 10 % (за масою)) на структуру, утримання алмазних зерен металевою матрицею і механічні (нанотвердість Н, модуль пружності Е, стійкість матеріалу пружній деформації Н/Е і опір матеріалу пластичній деформації Н³/Е²) властивості зразків композиційних алмазовмісних матеріалів (КАМ) на основі матриці 51Fe–32Cu–9Ni–8Sn, сформованих методом холодного пресування з подальшим вакуумним гарячим пресуванням. Показано, що структура спеченого зразка КАМ на основі матриці 51Fe–32Cu–9Ni–8Sn складається з алмазних зерен і ГЦК твердих розчинів, що містять залізо, мідь, нікель і олово в різних співвідношеннях. За такої умови на поверхні алмазних зерен не виявлено елементів Fe, Cu, Ni і Sn, а на контакті алмаз–матриця спостерігали зазори і несуцільності. Додавання нано-VN в кількості 2, 4, 6 і 8 % (за масою) до складу КАМ дозволяє сформувати більш дрібнозернисту структуру, яка складається з твердих розчинів, що містять залізо, мідь, нікель, ванадій і олово, і алмазних зерен, на поверхні яких містяться в невеликій кількості ті ж самі елементи. Водночас контакт алмаз–матриця є щільним без видимих зазорів, несуцільностей та інших дефектів. Встановлено, що варіювання концентрації нітриду ванадію супроводжується немонотонним зміною Н для всього досліджуваного інтервалу глибини занурення індентора в поверхню спечених зразків. Додавання 2 % (за масою) нано-VN до складу КАМ забезпечило підвищення Н матриці з 5,2 до 5,6 ГПа, Е – з 197 до 202 ГПа, Н/Е – з 0,0264 до 0,0277 і Н³/Е² – з 3,62 до 4,30 МПа. Найбільше підвищення Н (7,8 ГПа), Е (213 ГПа), Н/Е (0,036) і Н³/Е² (10,46 МПа) виявлено для зразка КАМ, що містить добавку нано-VN в кількості 8 % (за масою). Зазначених показників досягають внаслідок дисперсійного механізму зміцнення і модифікації структури (зменшення середнього розміру зерна, утворення щільного контакту алмаз–матриця, формування включень з V, Fe, Ni і Cu на поверхні алмазних зерен, зникнення пор в металевій матриці) та фазового складу композитів.

Ключові слова: композит, нітрид ванадію, залізо, мідь, нікель, олово, склад, концентрація, вакуумне гаряче пресування, структура, властивості.

  

УДК 621.315

В. І. Часник¹, І. П. Фесенко², Л. М. Вовк³, О. М. Кайдаш^2,*
¹Державне підприємство НДІ “Оріон”, м. Київ, Україна
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
³Український НДІ спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, м. Київ, Україна
*oka07@ism.kiev.ua

Високе поглинання мікрохвильового випромінювання у вільноспеченому композиті AlN–SiC в діапазоні частот 9,5–34,2 ГГц (стор. 26-39)

 Для електровакуумних приладів НВЧ-діапазону високої вихідної потужності необхідні об’ємні поглиначі з високим коефіцієнтом поглинання мікрохвильового випромінювання. Для використання в них композитів AlN–SiC досліджено поглинання мікрохвильового випромінювання і встановлено, що високого поглинання в композиті AlN–50 % (за масою) SiC можна досягнути за рахунок наявності частинок SiC мікронного і субмікронного розміру, які забезпечують комплексне і неодноразове поглинання НВЧ-випромінювання. Коефіцієнт поглинання L становить 4,6 дБ/мм в дисках розміром Æ4,2×1,0 мм і 6,6 дБ/мм в кільцях Æ4,2×Æ1,9×1,0 мм. Запропоновано порівнювати композити з діелектричними втратами не за значенням ɛ² або tg δ, а безпосередньо за коефіцієнтом поглинання мікрохвильового випромінювання, отриманого в реальних умовах роботи об’ємного поглинача в НВЧ-приладі. Виявлено взаємозв’язок між добротністю, затуханням і коефіцієнтом поглинання випромінювання. Показано, що в діапазоні частот 1–40 ГГц ɛ¢ і ɛ² є величинами частотно-залежними, однак на частоті більше 8 ГГц їхнє співвідношення ɛ²/ɛ¢ = tg δ є величиною постійною і від частоти не залежить. У дослідженому композиті експериментальні значення становлять ɛ¢ = 32 і ɛ² = 7 на частоті 3,3 ГГц, а розраховані ɛ¢ = 19,3 і ɛ² = 6,2 на частоті 34 ГГц.

Ключові слова: композит AlN–SiC, об’ємний поглинач мікрохвильової енергії, композит з діелектричними втратами, поглинання мікрохвильового випромінювання, добротність, затухання випромінювання, коефіцієнт поглинання випромінювання, дійсна і уявна частини комплексної діелектричної проникності.

 

УДК 621.762:669.018.25

Г. Л. Жунківський, О. М. Григорьєв, Д. В. Ведель*
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, м. Київ, Україна
*vedeldv@gmail.com

Взаємодія дибориду цирконію з залізом та нержавіючою сталлю Х18Н10Т (стор. 40-49)

Досліджено взаємодію ZrB₂ з Fe і його сплавом Х18Н10Т в інтервалі температур 1200–1700 °С. Встановлено, що до температури 1400 °С в системі ZrB₂–Fe взаємодія з утворенням нових фаз відсутня. В системі ZrB₂–Х18Н10Т, починаючи з 1200 °С, активується процес дифузії хрому і заліза із нержавіючої сталі в ZrB₂ з формуванням на його контактній поверхні ущільненого шару композита ZrB₂–(Fe,Сr)₂B. За контактного плавлення в системі ZrB₂–Fe закристалізований сплав є композитом із легованого цирконієм і бором армованого залізом ZrB₂. В системі ZrB₂–Х18Н10Т в структурі виявлено залізо леговане цирконієм, нікелем, хромом, титаном, бором та армоване ZrB₂. Тому залізо і малолеговані сталі можуть працювати в контакті із ZrB₂ в нейтральному або відновлювальному середовищі до температур не вище 1200 °С, а його сплави класу жаростійких і нержавіючих сталей, незалежно від середовища, – до 1000 °С.

Ключові слова: диборид цирконію, залізо, взаємодія, евтектика, контактне плавлення.

 

УДК 669.018.95:539.4.015:665.3:621.762.5

Е. Р. Ферхатли*, А. В. Ковальська, Ю. І. Богомол
Національний технічний університет України ”Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
*elmiabdulla@gmail.com

Мікроструктура та мікромеханічні властивості спрямовано закристалізованих композитів системи В₄С–(Ті_xZr_1–x)B₂ (стор. 50-57)

Методом безтигельної зонної плавки отримано композити системи В₄С–(Ті_xZr_1–x)B₂, структура яких є матрицею з карбіду бору, в якій рівномірно розподілені включення твердого розчину (Ті_xZr_1–x)B₂. Проведено рентгенофазовий аналіз отриманих композитів, який показав наявність у їхніх складах наступних фаз: В₄С, TiB₂, ZrB₂, (TiZr)B₄ і (Ti_0,39Zr_0,61)B₂. Виявлено вплив концентрації ZrB₂ в композитах системи В₄С–(Ті_xZr_1–x)B₂ на структурно-геометричні та механічні характеристики.

Ключові слова: карбід бору, спрямовано затверділа евтектика, твердий розчин, евтектичні композити, композит, мікротвердість, в’язкість руйнування.

 

УДК 621.623

Ю. Д. Філатов¹, В. І. Сідорко¹, А. Ю. Бояринцев², С. В. Ковальов¹, В. А. Ковальов^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, м. Харків, Україна
*filatov@ism.kiev.ua

Енергія перенесення під час взаємодії оптичної поверхні з полірувальною дисперсною системою (стор. 58-69)

В результаті дослідження механізму взаємодії оптичної поверхні з полірувальною дисперсною системою під час полірування встановлено, що перенесення енергії між ними відбувається за ферстерівським механізмом. Показано, що за резонансного перенесення енергії від частинок дисперсної фази полірувальної системи до оброблюваної поверхні та від оброблюваного матеріалу до частинок полірувального порошку при зменшенні спектрального розділення між ними енергія частинок шламу і частинок зносу зменшується, а ефективність передачі енергії зростає. Спектральне розділення характеризували розстроюванням енергії, що склало 2,8–4,0 меВ для частинок шламу і 2,8–12,2 меВ для частинок зносу. Просторове розділення між оброблюваною поверхнею і частинками полірувального порошку оцінювали як середнє арифметичне відхилення профілю полірованої поверхні, що дорівнювало 5,6–8,0 нм. Встановлено, що зменшення просторового та спектрального розділення між оброблюваним матеріалом і частинками полірувального порошку зумовлює збільшення розмірів частинок шламу і частинок зносу, що призводить до погіршення шорсткості оптичних поверхонь. Показано, що результати теоретичного розрахунку продуктивності полірування оптичних матеріалів збігаються з результатами експериментів за відхилення 2–7 %.

Ключові слова: полірування, резонансне перенесення енергії, продуктивність полірування, шорсткість поверхні.

 

УДК 621.95

Л. М. Девін*, М. Є. Стахнів, С. В. Ричев
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*ldevin350@gmail.com

Дослідження сигналу акустичної емісії на етапі врізання і виходу свердла з алмазно-твердосплавних пластин (АТП) під час свердління вуглепластику (стор. 70-83)

Представлено результати дослідження сигналу акустичної емісії під час свердлінні вуглепластику з різними режимами різання та геометрією свердла із алмазно-твердосплавних пластин. Встановлено закономірності зміни сигналу акустичної емісії під час процесу свердління на етапах врізання і виходу свердла із заготовки, а також вплив режимів різання на якість одержуваного отвору. Встановлено зв’язок рівня сигналу акустичної емісії на етапі виходу поперечної кромки із заготовки з дефектністю просвердлених отворів. Вивчено вплив ширини поперечної кромки на значення сигналу акустичної емісії.

Ключові слова: свердління вуглепластиків, алмазно-твердо­сплавні пластини, сигнал акустичної емісії, поперечна ріжуча кромка, врізання свердла, вихід свердла, пружна деформація, пластична деформація.

 

УДК 621.921.34

Т. О. Пріхна, Г. Д. Ільницька*, В. І. Лавріненко**, І. М. Зайцева, М. М. Шейко, В. В. Смоквина, В. В. Тимошенко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*gil-ism@ukr.net
**lavrinenko@ism.kiev.ua

Поліпшення фізико-механічних характеристик порошків синтетичного алмазу, синтезованого із застосуванням феросплавів, для підвищення зносостійкості алмазного правлячого інструменту (стор. 84-98)

Досліджено фізико-механічні та експлуатаційні характеристики порошків синтетичного алмазу, отриманого в ростовій системі Fe–Со–C. Показано, що шліфпорошки алмазу різних марок, синтезовані в цій системі, завдяки високим значенням питомої магнітної сприйнятливості внутрішньокристалічних включень сплавів-розчинників, мають сильні магнітні властивості. Встановлено, що характеристики міцності шліфпорошків алмазу, синтезованого в системі Fe–Co–C, різних марок, як вихідних, так і після високотемпературних обробок, зі збільшенням в них внутрішньокристалічних домішок і включень сплаву-розчинника приблизно у 2,9 рази зменшуються, показник міцності шліфпорошків алмазу знижується не менше ніж у 3 рази, а коефіцієнт їхньої термостабільності в 1,5 разів. Під час розділення алмазних шліфпорошків зернистості 630/500, марки AC125 за дефектністю поверхні зерен алмазу, отримано фракції розділення, що різняться між собою за дефектністю поверхні і показниками міцності, водночас зі збільшенням дефектності поверхні зерен алмазу від 0,07 до 0,57 % показник міцності за статичного стиснення зерен алмазу знижується в 1,8 рази, а також знижується їх термостабільність і збільшується вміст домішок в шліфпорошку. Правлячий інструмент, оснащений елітними шліфпорошками алмазу зернистості 315/250 марки АС200, що отримані після розділення вихідного шліфпорошку марки АС125, має високу зносостійкість. Питомі витрати зерен алмазу під час правлення склали 11,8 мг/кг, що в 5,25 разів нижче аніж питомі витрати у разі застосування вихідних шліфпорошків алмазу марки АС125.

Ключові слова: фізико-механічні характеристики порошків синтетичного алмазу, внутрішньокристалічні включення сплавів-розчинників, ростова система із застосуванням феросплавів, розділення алмазних порошків за значеннями дефектності поверхні, зносостійкість правлячого інструменту.