Спосіб одержання композиційного матеріалу на основі карбіду бору

1 Спосіб одержання композиційного матеріалу на основі карбіду бору, який передбачає формування карбідної маси, що складається з карбіду бору та просочуючого шару, що містить принаймні кремній у КІЛЬКОСТІ, достатній для просочування порошку карбіду бору, нагрівання цієї маси до температури, достатньої для плавлення кремнію і витримці при цій температурі, який відрізняється тим, що одержання композиційного матеріалу проводять при тиску не менше 2,0 ГПа, а в просочуючий шар додатково вводять порошок графіту і/або наноалмазу 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що в просочуючий шар додатково вводять порошок Винахід відноситься до області виробництва надтвердої борвмісної кераміки та стосується отримання композиційного матеріалу на основі карбіду бору, який може використовуватись, наприклад, як правлячий інструмент Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу є спосіб отримання композиційної кераміки на базі карбіду бору з добавками (Р Larson, N Axnn, S Hogmark, Improvement of the microstructure and resion resistance of boron carbide with additives, Journal of materials science 35 (2000) 3233-3440), який передбачає формування карбідної маси та просочуючого шару, що містить принаймні кремній, у КІЛЬКОСТІ достатній для просочування порошку карбіду бору, нагрівання цієї маси до температури достатньої для плавлення кремнію і витримці при цій температурі, причому нагрівання здійснюють при тиску 160-200МРа та температурі 2123К на протязі 1-3 год го удосконалення способу одержання композиційного матеріалу на основі карбіду бору, при якому завдяки використанню тиску не менше 2,0ГПа та додавання в просочуючий шар порошку графіту, і/або наноалмазу і порошку бору, значно знижено температуру одержання кераміки, та підвищено її фізико-механічні характеристики такі як твердість та тріщиностійкість Поставлене завдання вирішується тим, що у способі отримання композиційного матеріалу на основі карбіду бору, який передбачає формування карбідної маси та просочуючого шару, що містить принаймні кремній у КІЛЬКОСТІ достатній для просочування порошку карбіду бору, нагрівання цієї маси до температури, достатньої для плавлення кремнію і витримці при цій температурі, згідно винаходу процес проводять при тиску не менше 2,0ГПа, а в просочуючий шар додають порошок графіту, і/або порошок наноалмазу і в оптимальному варіанті порошок бору в КІЛЬКОСТІ 10-30 мас %, а як графіт використано природний лускоподібний графіт Основними недоліками способу отримання композиційної кераміки на базі карбіду бору з добавками є довготривалість, низька технологічність процесу та низькі експлуатаційні характеристики отриманої кераміки, низьке значення показника тріщиностійкосп Проведення процесу в умовах способу за прототипом сприяє випаровуванню значної частини кремнію, унеможливлює контроль його КІЛЬКОСТІ в композиті Низькі ТИСКИ та висока температура призводять до отримання неоднорідного за фазовим складом матеріалу В основу винаходу поставлено завдання тако бору в КІЛЬКОСТІ 10-30% мас 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що як графіт використовують природний лускоподібний графіт У запропонованому способі завдяки використанню високого тиску для отримання композиційної кераміки на базі карбіду бору та додавання в просочуючий шар порошку графіту і/або наноалмазу, і порошку бору в КІЛЬКОСТІ 10-30% мас, з'являється можливість отримувати композиційну кераміку на базі карбіду бору з високими фізикомеханічними показниками, при одночасному зменшенні часу та температури отримання Кераміка, (О ю (О (О 62656 вали диски діаметром 18мм, висотою 1мм Таким що отримана із суміші, яка містила наноалмазнии диском закривали гнізда тиглю, в яких була розміпорошок характеризується більш високим показщена карбідна маса, і розміщували їх у комірці ником твердості при практично однаковому знависокого тиску ченні тріщи ностій кості Спікання проводили в апараті високого тиску Слід зазначити, що використання тиску менше типу тороїд протягом 90с при тиску 8ГПа, темпе2,0ГПа призводить до збільшення температури та ратурі 1400°С (температура плавлення кремнію в часу спікання, а також до збільшення пористості та таких умовах складає 1100°С) Отримано зразки зменшення густини матеріалу композиційного матеріалу на основі карбіду бору Як відомо, кремнію притаманна аномальна задіаметром 2,0мм, висотою 2,0мм лежність об'єму від температури, тому застосування високого тиску призводить до значного зниПісля спікання була проведена хімічна обробження температури плавлення кремнію, що ка спечених зразків для очищення від залишків дозволяє проводити процеси просочування при графіту За допомогою приладу Вікерса при нававідносно низьких температурах та формувати нтаженні на індентор 5, 10, 50 та 200Н проведено практично безпористий керамічний матеріал В випробування, твердості та тріщиностійкості отризаявлених межах можна використовувати графіт маного композиту Результати випробувань навевідомих марок, наприклад, С-3, МГ ОСЧ, тощо дені в таблиці Проте використання лускоподібного графіту марки КІЛЬКІСТЬ кремнію, графіту, нанопорошку алмаГСМ має технологічну перевагу, яка полягає в мозу та бору, що наведено в таблиці підібрано ексжливості пресування дисків просочуючого шару периментальним шляхом та є оптимальною для необхідної товщини, тоді як використання інших отримання даного матеріалу в зазначених умовах марок графітів значно ускладнює цей процес Відхилення від наведених інтервалів не призвоПросочуючий шар крім кремнію містить такі добавдить до суттєвих змін фізико-механічних характеки як графіт, нанопорошок алмазу та бор ристик матеріалу та не впливає на умови його отримання, а лише може дещо ускладнити виготоПриклад 1 влення комірки високого тиску Так використання Формування карбідної маси та просочуючого значно менших кількостей графіту призводить до шару з метою виготовлення композиційного матеускладнень пресування дисків заданих розмірів та ріалу на основі карбіду бору проведено наступним необхідністю використовувати більш дрібнодиспечином з лускоподібного графіту пресували тигель рсний кремній та бор Завелика його КІЛЬКІСТЬ родіаметром 18мм, висотою 3,2мм із циліндричними бить незручним виготовлення просочуючого шару гніздами діаметром 2,2мм і висотою 2,2мм В циліНадлишок кремнію, що значно перевищує необндричні гнізда графітового тиглю засипали порохідну КІЛЬКІСТЬ для просочування карбіду бору, шок карбіду бору зернистості 7/5 Для формування вимагає додаткової хімічної обробки для його випросочуючого шару приготували суміш, яка місдалення з поверхні матеріалу тить 50% мас порошку кремнію з розміром частинок менше ЮОмкм, 30% мас лускоподібного граПри використанні пропонованого способу одефіту та 20 мас % алмазного нанопорошку (або ржання композиційного матеріалу на основі карбібору) з розміром частинок 0,002-0,01 мкм Суміш ду бору вдається отримати кераміку із тріщинозасипали в кульовий млин і проводили змішування СТІЙКІСТЮ, що в 3-4 рази вище порівняно з протягом ЗО хвилин Після ЦЬОГО ІЗ суміші пресупрототипом при невеликому зростанні твердості Таблиця Об'єкт випробувань № п/п Пропонований спосіб 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Спосіб за прототипом 12 Оптимальний склад просочуючого шару (мас %) Нанопорошок Графіт Бор алмазу 50 ЗО 20 40 45 10 65 10 ЗО 50 ЗО 20 35 45 20 65 5 ЗО 50 20 5 60 20 50 10 10 20 50 20 20 10 40 20 10 ЗО Кремній 4 Твердість, ГПа Тріщиностійкість, МПахгл" 2 38,0 37,5 36,5 35,0 36,0 37,5 36,0 36,5 35,5 38,0 37,5 18±1,0 15±1,0 20±1,0 20±1,0 17±1,0 18±1,0 15±1,0 18±1,0 17±1,0 18±1 0 15±1 0 35,7 4,27±1,0 * Твердість отриманого композиту розраховано виходячи з ЛІНІЙНИХ розмірів відбитку, що отримано при рівному з прототипом навантаженні на індентор (5Н) Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119