Thermal resistance of PCD materials with borides bonding phase

In these studies, one group of PCD materials was prepared using diamond powder and 10 wt % of TiB₂ and the second batch of the PCD material was prepared using a mixture of diamond powder with 5 wt % of TiB₂ and 2 wt % of Co. The materials have been sintered using a Bridgman-type high-pressure apparatus at 8.0±0.2 GPa, at a temperature of 2000±50 °C. Thermogravimetric (TG) measurements and Differential Thermal Analysis (DTA) have been carried out for diamond micropowders, TiB₂ bonding phase, and sintered composites. The coefficients of friction for diamond composites in a sliding contact with an Al₂O₃ ceramic ball have been determined from the room temperature up to 800 °C. Material phase compositions were analyzed for initial samples and after wear tests, at the temperature of 800 °C. Raman spectra of diamond composites with borides bonding phases, observed for the first-order zone centre modes of diamond and graphite during the heating up to 800 °C in air have been presented. Thermal properties have been compared with the commercial diamond-cobalt PCD. It has been found that diamond with TiB₂ and Co is the most resistant to the hardness changes at elevated temperatures and this material maintains the high hardness value up to 800 °C but it has a high coefficient of friction.Досліджено полікристалічні алмазні композити – одну групу матеріалів було приготовано з використанням алмазного порошку і 10 % (за масою) TiB₂, а другу – з алмазного порошку, 5 % (за масою) TiB₂ і 2 % (за масою) Co. Матеріали було спечено в апараті високого тиску типу Бріджмена при тиску 8,0±0,2 ГПа і температурі 2000±50 °С. Термогравіметричні вимірювання та диференційний термічний аналіз було проведено для алмазних мікропорошків, зв’язуючої фази TiB₂ і спечених композітов. Визначено коефіцієнти тертя для алмазних композитів при ковзному контакті з кулькою з кераміки Al₂O₃ при температурі від кімнатної до 800 °С. Фазові склади матеріалів проаналізовано для вихідних зразків і після їх випробування на знос при температурі 800 °С. Представлено спектри комбінаційного розсіювання алмазних композитів зі зв’язуючими фазами боридів, що спостерігаються в центрі зони першого порядку алмазу і графіту в процесі нагрівання до 800 °С на повітрі. Порівнювали термічні властивості отриманих полікристалічних алмазних композитів і промислового композита алмаз–кобальт. Було виявлено, що алмаз з TiB₂ і Co є найбільш стійким до змін твердості при підвищених температурах і зберігає високу твердість до 800 °С, але має високий коефіцієнт тертя.Исследованы поликристаллические алмазных композиты – одна группа материалов была приготовлена с использованием алмазного порошка и 10 % (по массе) TiB₂, а вторая – из алмазного порошка, 5 % (по массе) TiB₂ и 2 % (по массе) Co. Материалы были спечены в аппарате высокого давления типа Бриджмена при давлении 8,0±0,2 ГПа и температуре 2000±50 °С. Термогравиметрические измерения и дифференциальный термический анализ были проведены для алмазных микропорошков, связующей фазы TiB₂ и спеченных композитов. Определены коэффициенты трения для алмазных композитов при скользящем контакте с шариком из керамики Al₂O₃ при температуре от комнатной до 800 °С. Фазовые составы материалов проанализированы для исходных образцов и после их испытания на износ при температуре 800 °С. Представлены спектры комбинационного рассеяния алмазных композитов со связующими фазами боридов, наблюдаемые в центре зоны первого порядка алмаза и графита в процессе нагрева до 800 °С на воздухе. Сравнивали термические свойства полученных поликристаллических алмазных композитов и промышленного поликристаллического композита алмаз–кобальт. Было обнаружено, что алмаз с TiB₂ и Co является наиболее устойчивым к изменениям твердости при повышенных температурах и сохраняет высокую твердость до 800 °С, но имеет высокий коэффициент трения

Влияние высоких давлений и температур на структуру и свойства нанокристаллического нитрида титана

Изучено влияние давления компактирования, вакуумного отжига заготовок и температуры спекания под высоким давлением на уплотнение и свойства нанокристаллического TiN. Установлено, что давление предварительного компактирования 0.2–0.6 GPa является наиболее оптимальным для достижения высокой плотности образцов, спеченных при давлении 3.5 GPa. Показано, что вакуумная дегазация порошковых заготовок перед спеканием в аппарате высокого давления (АВД) позволяет повысить максимальную плотность спеченных образцов на 1–2%. Исследования микротвердости и микроструктуры показали, что рекристаллизация изучаемого материала начинается при температуре около 1100°С.Вивчено вплив тиску компактування, вакуумного відпалу заготовок і температури спікання під високим тиском на ущільнення та властивості нанокристалічного TіN. Встановлено, що тиск попереднього компактування 0.2–0.6 GPa є найбільш оптимальним для досягнення високої щільності зразків, які спікалися під тиском 3.5 GPa. Показано, що вакуумна дегазація порошкових заготовок перед спіканням в апараті високого тиску (АВТ) дозволяє підвищити максимальну щільність спечених зразків на 1–2%. Дослідження мікротвердості та мікроструктури показали, що рекристалізація досліджуваного матеріалу починається за температури близько 1100°С.The effect of compacting, vacuum anneal of the billets and the temperature of sintering under high pressure on the consolidation and properties of nano-crystal TiN has been studied. It has been established that the pressure of preliminary compacting of 0.2–0.6 GPa is optimal one for achievement of high density of the samples sintered under pressure of 3.5 GPa. It was shown that vacuum degassing of powder billets before sintering in highpressure device allowed the authors to increase maximal density of the sintered samples by 1–2%. The study of microhardness and microstructure demonstrated that re-crystallization of the studied material started at the temperature about 1100°C

Temperatures during the dry cutting of titanium alloy using diamond composites with ceramic bonding phases

In this paper the thermal properties of diamond composites with ceramic bonding phases, such as the Ti–Si–C system with nanometric Ti(CN) and TiB₂ are presented. The thermal conductivities of the materials were analyzed by the laser pulse method. In addition, computational simulations of the temperature dependence on the distance from the cutting edge were performed according to the finite element method for the investigated composites, commercial PCD, and hypothetical diamond monocrystal.Досліджено теплові властивості алмазних композитів з керамічними зв’язуючими фазами, таких як системи Ti–Si–C з нанометровим Ti(CN) і TiB₂. Теплопровідності матеріалів проаналізовано за допомогою методу лазерного імпульсу. Крім того, методом скінченних елементів виконано числове моделювання залежності температури від відстані до ріжучої кромки для досліджених композитів, комерційного PCD і гіпотетичного монокристалу алмазу. Розглянуто дві швидкості різання в ході числового обчислення: 100 і 200 м/хв.Исследованы тепловые свойства алмазных композитов с керамическими связующими фазами, таких как системы Ti–Si–C с нанометровым Ti(CN) и TiB₂. Теплопроводности материалов проанализированы с помощью метода лазерного импульса. Кроме того, методом конечных элементов выполнено числовое моделирование зависимости температуры от расстояния до режущей кромки для исследованных композитов, коммерческого PCD и гипотетического монокристалла алмаза. Рассматривали две скорости резки в ходе числового вычисления: 100 и 200 м/мин

Diamond-max ceramics bonding phase composites – phases and microstructure analysis

The possibility for improving the thermal stability of polycrystalline materials based on diamond (PCD) is to reduce the content of cobalt. Diamond compacts without cobalt phases with Ti3₃iC₂ і Cr₂AlC prepared using the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS). The resulting compacts with 20 wt. % of the above phases were exposed to high pressure and temperature in order to further consolidate the structure by sintering. Sintering was performed at 8±0.2 GPa and 1950±50 °C. Phase composition and microstructural study of the original compacts and the composites made by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).Одна з можливостей підвищення термостійкості полікристалічних матеріалів на основі алмазу (PCD) полягає в зменшенні вмісту в них кобальту. Алмазні компакти без кобальту з фазами Ti3₃iC₂ і Cr₂AlC отримували з використанням методу само поширюваного високотемпературного синтезу (SHS). Отримані компакти з 20 мас. % зазначених фаз піддавали дії високого тиску і температури з метою подальшої консолідації структури шляхом спікання. Процес спікання здійснювали при 8 ± 0,2 ГПа и 1950 ± 50 °С. Фазовий склад і мікроструктурні дослідження вихідних компактів і отриманих композитів виконані методами рентгенівської дифрактометрії (XRD) і скануючої електронної мікроскопії (SEM).Одна из возможностей повышения термостойкости поликристаллических материалов на основе алмаза (PCD) заключается в снижении содержания в них кобальта. Алмазные компакты без кобальта с фазами Ti3₃iC₂ и Cr₂AlC получали с использованием метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS). Полученные компакты с 20 % по мас. указанных фаз подвергали воздействию высокого давления и температуры с целью дальнейшей консолидации структуры путем спекания. Процесс спекания осуществляли при 8 ± 0,2 ГПа и 1950 ± 50 °С. Фазовый состав и микроструктурные исследования исходных компактов и полученных композитов выполнены методами рентгеновской дифрактометрии (XRD) и сканирующей электронной микроскопии (SEM)

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 %

Влияние фазового состава на физико-механические свойства композитов на основе нитридов кремния, бора и титана, спеченных под высоким давлением

Исследовано влияние фазового состава на физико–механические свойства композитов на основе нитридов кремния, бора и титана, с содержанием в исходной шихте субмикронного порошка BNсф в количестве 30 и 50 масс. % и нанопорошка BNсф – 50 масс. %., спеченных при давлении 5 ГПа и температурах 1200–1800 градусов С. Установлено, что температурный режим спекания, дисперсность порошка BNсф, степень окисления и фазовые превращения в нитридах бора и кремния оказывают определяющее влияние на уровень их свойств. Композиты с добавкой нанопорошка BNсф имеют наиболее высокие характеристики: твердость HKN – 27,6 ГПа, модуль Юнга – 534 ГПа, коэффициент Пуассона – 0,18.Досліджено вплив фазового складу на фізико-механічні властивості композитів на основі нітридів кремнію, бору та титану, з вмістом у вихідній шихті субмікронного порошку BNсф в кількості 30 і 50 мас.% і нанопорошків BNсф – 50 мас.%., що були спечені при тиску 5 ГПа і температурах 1200–1800 градусів С. Встановлено, що температурний режим спікання, дисперсність порошку BNсф, ступінь окислення і фазові перетворення в нітридах бору та кремнію мають визначальний вплив на рівень їх властивостей. Композити з добавкою нанопорошків BNсф мають найбільш високі характеристики: твердість HKN – 27,6 ГПа, модуль Юнга – 534 ГПа, коефіцієнт Пуассона – 0,18.The effect of the phase composition on the physico-mechanical properties of composites based on silicon nitrides, boron and titanium nitrides, with a content of submicron сBN powder in the initial charge of 30 and 50 wt. % and сBN nanopowder – 50 wt. % have been investigated. It was found that the temperature of sintering, the dispersion of the сBN powder, the degree of oxidation, and the phase transformations in boron and silicon nitrides exert a decisive influence on the level of their properties. Composites with cBN nanopowder additive have the highest characteristics: Knoop hardness is 27,6 GPa, Young's modulus is 534 GPa, Poisson's ratio is 0,18

Применение импульсного тока высокой частоты для нагрева аппарата высокого давления "Тороид–30"

Приведены результаты калибровки температуры в аппарате высокого давления «Тороид-30» при его нагревании с применением импульсного тока. Показана возможность применения источника питания инверторного типа для создания высокой температуры в аппаратах высокого давления.Наведено результати калібровки температури в апараті високого тиску «Тороід-30» при його нагріванні з застосуванням імпульсного струму. Показана можливість використання джерела живлення інверторного типу для створення високої температури в апаратах високого тиску.The results of the temperature calibration in the high pressure apparatus "Toroid-30" at its heating with application of a pulsed current are considered. The possibility of using of the inverter-type power supply for heat generation in the high pressure apparatuses is shown