Спосіб синтезу алмазоподібного надтвердого матеріалу

Спосіб синтезу алмазоподібного надтвердого матеріалу, який здійснюють шляхом нагрівання вуглецевмісного матеріалу BC2N при високих температурі і тиску, який відрізняється тим, що нагрівання здійснюють у алмазних ковадлах шляхом лазерного випромінювання при температурі 2200...3000 К і тиску 18...30 ГПа. (19) (21) 2001053221 (22) 14.05.2001 (24) 15.11.2001 (33) UA (46) 15.11.2001, Бюл. № 10, 2001 р. (72) Соложенко Володимир Леонідович, Новіков Микола Васильович, Деніс Андраулт, FR (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, UA 43265 цього і забезпечується термічна стабільність, більша ніж у алмаза, і твердість, більша ніж у кубічного нітриду бора. Приклад конкретної реалізації способу синтезу алмазоподібного надтвердого матеріалу. В алмазних ковадлах з лазерним нагріванням при тиску до З0 ГПа і температурі до 3000 К було здійснено процес, що пропонується. При цьому було використано чарунку високого тиску мембранного типу. Як ковадла використовували алмази IIа типу з розміром робочої площадки 300 мкм у діаметрі. Зразок графітоподібного вуглецевмісного матеріалу BC2N розміщували у отворі діаметром 100 мкм, просвердленому у ренійовій запірній прокладці товщиною 250 мкм, преіндентованій до товщини 55 мкм. Для нагрівання зразків було використано багатомодний YAG-лазер з потужністю 240 Вт при l=1,064 мкм. Фокусування лазерного променя на зразку здійснювали за допомогою системи плоско-опуклих ІК-лінз (f=75 мм) через переднє ковадло під кутом 16° до осі пучка синхротронного випромінювання. Яскравий пучок монохроматичного (Sі(III)-монохроматор) синхротронного випромінювання з довжиною хвилі 0,3738(I) А від ондулятора (0,52 Т) було сфокусовано за допомогою двох п'єзоелектричних біморфних дзеркал в геометрії Кіркпатрика-Беза до розмірів 10´15 мкм2 (FWHM) з метою мінімізувати температурний градієнт в області зразка, на якій відбувається дифракція. Дифрагований пучок реєстрували за допомогою двокоор динатного детектора FastScan II, який дозволяє здійснювати високошвидкісний збір структурних даних з високим дозволом on-line режимі. Синтез нового алмазоподібного надтвердого матеріалу - кубічного BC2N - було здійснено при 2500 К та тиску 25,8 ГПа. Його властивості: Модуль об'ємного стиснення 282 Гпа Модуль Юнга 980 ГПа Модуль зсуву 447 ГПа Мікротвердість по Вікерсу 76 ГПа Мікротвердість по Кнупу 55 ГПа Нанотвердість 75 ГПа Тріщиностійкість 4,5 МПа×м0,5 Температура початку графітизації (0,1 МПа, аргон) 1600 К. Спосіб було реалізовано також при граничних значеннях запропонованих режимів і за їх межами, а також при тих самих умовах за прототипом. Дані зведено в табл. 1. Як видно з табл. 1, максимальний вихід (~100%) кубічного BC2N спостерігається при тисках порядку 26 ГПа и температурах порядку 2500 К. Зниження температури супроводжується зменшенням складу c-BC2N в продуктах синтезу (~10% при 2200 К и З0 ГПа) і повною його відсутністю при температурах нижче 2200 К. Підвищення температури синтезу вище 3000 К призводить до розкладу кубічного BC2N з утворенням суміші алмазу і кубічного нітриду бора. Дані про властивості отриманого матеріалу в порівнянні з алмазом і кубічним нітридом бора наведені в табл. 2. Таблиця 1 Об’єкт випробувань № п/п Режим синтезу Показники ефективності Спосіб за прототипом Тиск (ГПа) 1 2500 25,8 ~100 2200 3000 1900 3100 2500 3000 30,0 18,0 25,8 25,8 14,5 32,0 ~10 сліди 0 0 0 сліди 8 2300 7,7 Примітка склад с-ВС2N 2 3 4 5 6 7 Спосіб синтезу згідно з винаходом Температура (К) 0 Розклад с-ВС2N Розклад с-ВС2N Таблиця 2 c-BC2N cBN алмаз Нv (ГПа) 76 62 115 Нк (ГПа) 55 44 63 Нn (ГПа) 75 55 Нv, Нк, Нn - твердість по Віккерсу, Кнупу і нанотвердість, відповідно; КIс – тріщиностійкість; Tграф - термостійкість (температура початку графітизації при 0,1 МПа). 2 КIс (ГПа×м0,5) 4,5 3,5 5 Тграф (К) 1600 1700 1300 43265 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3