Створення керамоматричних композитів групи BL на основі cBN та жароміцних карбідів гафнію або молібдену

Abstract

Із використанням НРНТ технології в температурному інтервалі 1600–2400 °C досліджено процеси формування надтвердих керамоматричних композитів в системах cBN—HfC— (Al) та cBN—Мо₂C—(Al). При вихідному співвідношенні компонентів cBN:карбід:(Al) як 60 : 35 : 5 об. %, використовуючи мікропорошки із розміром зерен 1—10 мкм показано, що починаючи з ТСП. = 1600 °C та вище в системах відбувається консолідація структурних складових із формуванням міцних міжфазних та міжчастинкових контактів таких як cBN–cBN, cBN—карбід та карбід—карбід. Зерена структура в усьому температурному діапазоні спікання не зазнає суттєвих змін та залишається дрібнозернистою із чіткими міжфазними границями. Система cBN—HfC—(Al) характеризується формуванням боридної фази — HfВ₂, в той час як для системи cBN—Мо₂C—(Al) зафіксовано утворення монокарбіду — МоС. Алюміній, який в даних системах присутній в незначній кількості (5 % об.), відіграє роль гетера залишкового кисню та одночасно знижує активаційний бар'єр роблячи процес спікання частково рідкофазним. Модуль Юнга як і твердість показує типову залежність від ТСП. із максимумом при 1800–2000 °C. Лабораторні випробування при точінні нержавіючої сталі AISI 316L (швидкість різання vc = 300 м/хв, подачі f = 0,15 мм/об, глибині різання ap = 0,5 мм, час 300 с) показали знос ріжучої кромки для двох типів композитів в діапазоні 60—90 мкм, що вказує на перспективність даного типу матеріалів в якості металооброблюваного інструменту.

Using the HPHT technology in the temperature interval 1600-2400 °C, the processes of formation of superhard ceramic-matrix composites in the cBN-HfC-(Al) and cBN-Мо₂C-(Al) systems have been investigated. With the original ratio of components cBN:carbide:(Al) being 60:35:5 vol. %, using micropowders with a grain size of 1-10 μm, it has been shown that, starting from TSINT = 1600 °C and higher, there is a consolidation of structural constituents in the systems with the formation of strong interphase and interparticle contacts such as cBN-cBN, cBN-carbide, and carbide-carbide. The grain structure in the entire sintering temperature range does not undergo significant changes and remains fine-grained with clear interphase boundaries. The cBN— HfC—(Al) system is characterized by the formation of the boride phase — HfB₂, whereas the formation of monocarbide — MoC has been observed for the cBN-Мо2C-(Al) system. Aluminum, which is present in these systems in small quantities (5 vol. %), plays the role of a residual oxygen getter and simultaneously lowers the activation barrier, making the sintering process partially liquid-phase. Young’s modulus, as well as the hardness, shows a typical dependence on TSINT maximum at 1800—2000 °C. Laboratory tests in turning AISI 316L stainless steel (cutting speed vc = 300 m/min, feed f = 0.15 mm/rev, cutting depth ap = 0.5 mm, time 300 seconds) have demonstrated the cutting edge wear for two types of composites in the range of 60—90 mkm, which indicates that this type of materials is promising as a metalworking tool.