Залежність густини і твердості полікристалів кнб, від складу шихти та параметрів спікання

№	Шихта, мас.%		Параметри спікання
			4,2 ГПа, 1750 К		7,7 ГПа, 2300 К
			Характеристики зразків
	BNсф	Al	/теор, %	Н, ГПа	/теор, %	Н, ГПа
1	100	0	89,2	10,0	95,8	40,9
2	98	2	90,8	12,0	97,9	42,3
3	95	5	95,4	18,5	98,5	39,8
4	93	7	96,7	23,4	98,8	38,9
5	90	10	98,8	29,7	99,1	36,6
6	85	15	99,3	26,8	99,2	31,5

Таблиця 8.2

Залежність міцності полікристалів кнб від складу шихти для спікання та розміру зерен порошків шихти.

№	Склад шихти			Міцність, МПа
	Кубічний нітрид бору		Алюміній
	мас.%	мкм	Мас.%
1	92,0	3-40	7,7	700
2	98,0	3-5	1,9	600
3	90,0	3-5	9,9	650
4	98,0	3-40	1,5	640
5	89,0	3-40	10,7	570
6	99,0	3-40	0,9	480
7	90,0	3-5	9,0	500
8	99,0	3-40	0,95	570
9	98,0	2-3	1,9	500
10	92,0	3-40	7,5	510

Шихта для керамічного матеріалу [258] містить кубічний нітрид бору і алюміній, при цьому розмір зерен кубічного нітриду бору у шихті не менше 3 мкм. Дана шихта призначена для спіканні матеріалів на основі кубічного нітриду бору в умовах високих тиску і температури і забезпечує зниження температури просочення шихти і отримання структури з неперервним каркасом кубічного нітриду бору і рівномірно розташованою зв`язкою, як наслідок такої структури - підвищення міцності матеріалу.

8.1.2. Розробка шихти для одержання композиційного надтвердого матеріалу на основі кубічного нітриду бору та карбіду титану.

Для деяких випадків застосування необхідно, щоб композит на основі КНБ був електропровідний. Такими випадками можуть бути умови порізки габаритних пластин КНБ на менші за розмірами.

Для неелектропровідних матеріалів використовується лазерна порізка, але більш поширеною в інструментальних лабораторіях є електроерозійна порізка. Для цього матеріал, що розрізається, повинен бути електропровідним. Відомі матеріали фірм De Beers (DBC50, DBN45), Megadiamond (MN50), General Electric (BZN8100)), Sumitomo Electric (BN250), які призначені для фінішної обробки (див. розд. 1), мають в своєму складі електропровідні фази (ТiN, TiC, Co, інші) і для їх порізки використовується електроерозійний метод.

Для конструкційної кераміки на основі КНБ, яка використовується для елементів конструкції АВТ, існує проблема підводу тепла в робочу зону, вона легко вирішується в випадку електропровідних пуансонів, нагрів виконується шляхом підводу через такі електропровідні пуансони струму нагріву. Так що розробка шихти для одержання електропровідних полікристалів на основі КНБ є актуальною.

Дослідження впливу складу шихти для спікання на електропровідність та теплопровідність композитів КНБ вивчали для випадку використання в шихті порошків КНБ, карбіду титану та алюмінію.

Алюміній необхідний для використання способу реакційного спікання КНБ з Al, тільки в такому випадку композити з прийнятними фізико-механічними властивостями можна одержувати при параметрах спікання 4,2 ГПа і 1750 К (див. розд. 7), а такі параметри забезпечують одержання композитів КНБ великих розмірів (діаметр до 35 мм, висота до 25 мм), для яких і існує проблема порізки, крім того саме композити КНБ великих розмірів використовуються в якості інструментальної кераміки.

В табл. 8.3 приведені результати визначення питомої електропровідності та теплопровідності композитів, одержаних шихти, до складу якої входили порошки КНБ, ТіС та Аl у різних співвідношеннях. Умови спікання композитів були такі: тиск 4,2 ГПа, температура 1750 К. Спечені зразки після шліфування та поліровки мали форму циліндрів, їх розміри були 10 мм в діаметрі і 5 мм по висоті. По кожному складу шихти випробовувалось по 5 – 7 зразків. Результати вимірювань електропровідності та теплопровідності приведені в таблиці.

Пластини, електропровідність яких більша 10⁶ Ом^-1м^-1 були придатні для порізки електроерозійним способом.

В розд. 5 було обгрунтовано величину добавок алюмінію в шихту для реакційного спікання КНБ з алюмінієм з використанням попереднього просочення під тиском. Вона складала 10 мас.%, що було зв’язано з пористістю полікристалу перед початком просочення. Площа контакту між КНБ і алюмінієм зростала при збільшенні алюмінію в шихті до 10 мас. %, подальше збільшення алюмінію не приводило до збільшення площі контакту фаз. Тобто найбільш ефективна хімічна взаємодія між КНБ і алюмінієм була у випадку відношення КНБ/Al = 90/10 = 9 у випадку масових процентів, або, що те ж саме, КНБ/Al = 87,5/12,5 = 7 у випадку дозування шихти по об’єму (об.%).

В табл. 8.3 приведені значення відношення КНБ/Al для варіантів шихти, які випробовувались.

З врахуванням результатів досліджень, приведених в розд. 7 і в табл. 8.1, можна стверджувати, що чим ближче це відношення до 7, тим краще співвідношення теплопровідність – електропровідність – твердість.

За результатами досліджень, приведених в розд. 5, 6, 7 та в табл. 8.1, 8.3 розроблено склад шихти для одержання композиційного надтвердого матеріалу киборит-3.

Шихта містить кубічний нітрид бору, карбід титану і алюміній. Об`ємне співвідношення між кубічним нітридом бору і алюмінієм складає від 6 до 9. Вміст карбіду титану у шихті при цьому складає 10-25 об.% [219].

Композити, одержані з такої шихти мають структуру з взаємопронизуючими каркасами (неперервними фазами) кубічного нітриду бору і карбіду титану. В композитах відсутні оксидні фази по границях зерен кубічного нітриду бору. Така структура забезпечує високі електропровідність та теплопровідність композиційного матеріалу.