Composites of the cBN–Si₃N₄ system reinforced by SiCw for turning tools

The cBN–Si₃N₄–SiCw composites with different SiCw contents up to 20 vol % have been produced at high pressure of 8.0 GPa and high temperature of 2500 K. It has been defined that the Young modulus of the composites were within 740–846 GPa, the Vickers hardness and fracture toughness values were 37.5–42.0 GPa and 11.4–12.9 MPa∙m¹/², respectively. An important feature of the composite microstructure is the breaking of SiCw as a result of HPHT action. It has been shown that at the addition of 10 vol % SiCw to the structure of a cBN–Si₃N₄ composite the interrupted turning of hardened steel results in the flank wear reduction up to 20%.В условиях высокого давления 8,0 ГПа и высокой температуры 2500 К были получены композиты cBN–Si₃N₄–SiCw с различным содержанием компоненты SiCw до 20 % (по объему). Модуль Юнга находится в интервале 740–846 ГПа. Твердость по Викерсу и трещиностойкость соответственно имеют значения в интервале 37,5–42,0 ГПа и 11,4–12,9 МПа∙м¹/². Характерной особенностью микроструктуры композита является наличие разрушенных SiC-усов, как результат воздействия высокого давления. Разработана методика тестирования образцов при прерывистом точении. Испытания образцов при прерывистом точении высокотвердых сталей показывают, что добавка SiC-усов в количестве 10 % (по объему) в структуре композита cBN–Si₃N₄–SiCw приводит к снижению износа режущей кромки до 20 %.В умовах високого тиску 8,0 ГПа і високої температури 2500 К було отримано композити cBN–Si₃N₄–SiCw з різним вмістом компоненти SiCw до 20 % (за об’ємом). Модуль Юнга знаходиться в інтервалі 740–846 ГПа. Твердість за Вікерсом і тріщиностійкість відповідно мають значення в інтервалі 37,5–42,0 ГПа і 11,4– 12,9 МПа∙м¹/². Характерною особливістю мікроструктури композиту є наявність зруйнованих SiC-вусів, як результат впливу високого тиску. Розроблено методику тестування зразків при переривчастому точінні. Випробування зразків при переривчастому точінні високотвердих сталей показують, що добавка SiC-вусів в кількості 10 % (за об’ємом) у структурі композиту cBN–Si₃N₄–SiCw приводить до зниження зносу ріжучої кромки до 20 %

Influence of reinforcement by the whiskers of Si₃N₄ and Mg₂B₂O₅ on the properties of cBN-based composites

Three types of cBN-based composites (without whiskers, reinforced with whiskers of Si₃N₄ and reinforced with whiskers of Mg₂B₂O₅) have been obtained by High Pressure-High Temperature (HPHT) sintering. Density, Young modulus, hardness, Poisson ratio and fracture toughness have been measured for all samples. cBN-based composites, that were reinforced by the whiskers of Si₃N₄, are characterized by better mechanical properties (hardness, fracture toughness) thаn non-reinforced cBN-based composites. But reinforcement by Mg₂B₂O₅ whiskers was insufficient, because Mg₂B₂O₅ whiskers have low thermochemical stability.Методом высокотемпературного спекания под высоким давлением (HPHT спекание) было получено три вида композитов на основе сBN (без микроволокон, армированные микроволокнами Si₃N₄ и армированные микроволокнами Mg₂B₂O₅). Для всех образцов были измерены плотность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона и трещиностойкость. Композиты на основе сBN, армированные микроволокнами Si₃N₄, обладали лучшими механическими свойствами (твердость, трещиностойкость), чем неармированные композиты. Армирование микроволокнами Mg₂B₂O₅ оказалось неэффективным вследствие их низкой термохимической стабильности.За допомогою методу високотемпературного спікання під високим тиском (HPHT синтезу) було отримано три види композитів на основі сBN (без мікроволокон, армовані мікроволокнами Si₃N₄ і армовані мікроволокнами Mg₂B₂O₅). Для усіх композитів були визначені модуль Юнга, коефіцієнт Пуасона та тріщиностійкість. Композити на основі сBN, армовані мікроволокнами Si₃N₄, мали кращі механічні характеристики (твердість, тріщиностійкість), ніж неармовані. Армування мікроволокнами Mg₂B₂O₅ виявилось неефективним внаслідок їх низької термохімічної стабільності

Light scattering by residual pores in Y₂O₃ nanograined ceramics

Correlation between the in-line optical transmittance and residual porosity of Y₂O₃ nanoceramics formed by high-pressure low-temperature sintering has been established. In the limit case, when the pore diameter is much smaller than the wavelength a formula for estimating the porosity at the known value of linear transmittance was obtained. For investigated samples of nanograin composite ceramics with average grain size of 10–20 nm, the pore size of 12 nm and linear transmittance of 50 % at wavelength of 900 nm the calculated value of residual porosity was 0.27 %. Phase composition of Y₂O₃ nanoceramics may be taken into account by varying refractive index of the composite ceramics containing both cubic and monoclinic yttria

Micro-Raman study of CNx composites subjected to high pressure treatment

CNx films were deposited by reactive ion-plasma sputtering of a graphite target in an argon-nitrogen-acetone vapor atmosphere onto molybdenum substrates. After deposition the CNx composites were cut from substrates, formed in pellets of 6 mm in diameter, and subjected to a high pressure-high temperature treatment at 7.7 GPa and 2000⁰C for 60 seconds. Micro-Raman spectroscopy, microhardness and X-ray diffraction were used for the sample characterization. After treatment the CNx material leads to the formation of a number of highly ordered diamond crystals showing an extraordinarily low broadening of the 1332 cm⁻¹ Raman-line (∆n = 2.43 cm⁻¹). Besides, the Raman spectra of the matrix surrounding the diamond crystals show an additional band at ~1621 cm⁻¹ with a Raman intensity that strongly depends on the distance from the crystals. We propose that this band is related to the formation of rombohedral graphite in the treated sample and the corresponding effect of puckering of the graphite layers. The double-well potential model earlier proposed to describe diamond-like amorphous carbon has been used here for a qualitative description of the graphite-diamond phase-structural transformation