Исследование структуры материала на основе нано- и микроразмерного кубического BN, синтезированного из механоактивированного графитоподобного нитрида бора с добавкой алюминия в условиях высокого давления и высокой температуры
DOI:
https://doi.org/10.31489/2022No1/65-72Ключевые слова:
механическая активация, фазовое превращение, наноструктурный кубический нитрид бора, высокое давление и температура, синтез.Аннотация
В статье исследована структура и фазовый состав материала на основе нано- и микроразмерного кубического нитрида бора (cBN), полученного в условиях высоких давлений и высоких температур из механоактивированного графитоподобного нитрида бора (hBN) в присутствии алюминия (Al), который играет роль инициатора фазового превращения hBN → cBN. Показано, что использование механоактивации способствует образованию зародышей cBN в hBN, что позволяет повысить дисперсность конечного продукта. Технологические параметры синтеза cBN и количество Al оказывают существенное влияние на структуру материала, а также на содержание в нем кубической фазы BN. Повышение давления для системы hBN(MA)-10%Al с 2.5 до 5.5 ГПа и температуры с 1550°С до 1750°С способствует увеличению содержания фазы cBN с 10-15% до 90%. %. При этом размер зерен cBN, синтезированных при давлениях 2.5 и 5.5 ГПа, находится в пределах 200–500 нм и 40–120 нм соответственно. Увеличение количества Al, температуры и продолжительности синтеза cBN приводит к образованию крупных зерен cBN размером около 10-50 мкм.
Библиографические ссылки
"1 Novikov N.V., Klimenko S.A. Tools made of superhard materials. Moscow, 2014, 608 p. [in Russian]
Shulzhenko A.A., Bozhko S.A., Sokolov A.N., et al. Synthesis, sintering and properties of cubic boron nitride. Kiev, Naukovadumka Publ., 1993, 255 p. [in Russian]
Novikov. N.V. Superhard materials. Obtaining and application: In Vol. 1: Synthesis of diamonds and similar materials. Ed. A.A. Shulzhenko. Kiev: V. Bakul Institute for Superhard Materials, IPC ""ALKON"" of NAS of Ukraine, 2003, 320 p. [in Russian]
Sokolov A.N., Shulzhenko A.A., Tkach V.N., Budyak A.A. Investigation of the effect of mechanical activation of hexagonal boron nitride on the phase transformation into cubic modification. Rock-cutting and metal-working tools – equipment, technology for its manufacture and use. Kiev: V. Bakul Institute for Superhard Materials, 2005, No. 8, pp. 149-154. [in Russian]
Gameza L.M., Vityaz P. A., Antonovich Ya.V., Mosunov E.I., Senyut V.T., Uniarkha L.S. Synthesis of cubic boron nitride in the BN–NaN3 system. Powder metallurgy. Minsk, 2015, No. 38. pp. 115–118. [in Russian]
Du Yong-hui，Zhang Bo-bo，Wang Shao-wei，Zhang Tie-chen. Synthesis of Cubic Boron Nitride Using Ball Milling Hexagonal Boron Nitride. J. of Synthetic. Crystals., 2016, Vol. 45, No. 10, pp. 2441–2445. doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2016.10.016
Streletsky A.N., Permenov D. G., Streletsky K. A. Mechanochemistry of a hexagonal boron nitride. 1. Destruction and amorphization during mechanical treatment. Colloid J., 2010, Vol. 72, No. 4, pp. 532–541 [in Russian]
Senyut V.T., Vityaz P.A., Kovaliova S.A., Grigorieva T.F. Effect of mechanical activation of powders BN – (TiN, AlN) on the structure of composite material obtained by ultrahigh pressure sintering. Mater. Today: Proceedings, 2019, No. 12, pp.102–105. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.03.074
Vityaz P.A., Senyut V.T. Synthesis and application of nanostructural superhard materials of tool appointment. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2015, No. 3, pp. 60-76. [in Russian]
Senyut V.T., Kovaleva S.A., Gamzeleva T.V., Grigorieva T.F. Investigation of the structural features of boron nitride after mechanical activation in attritor and planetary mill followed by agglomeration at high pressure and temperature. Chemistry for sustainable development, 2016, Vol. 24, No. 2, pp.169–175. https://doi.org/10.15372 /KhUR20160208
Huang J.Y., Yasuda H., Mori H. HRTEM and EELS Studies on the Amorphization of Hexagonal Boron Nitride Induced by Ball Milling. J. Am. Ceram. Soc., 2000, Vol. 83, No. 2, pp. 403–409. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01204.x
Batsanov S.S., Gavrilkin S.M., Bezduganov S.V., Romanov P.N. Reversible phase transformation in boron nitride upon pulsed mechanical action. Inorganic materials, 2008, Vol.44, No.11, pp.1332–1334. [in Russian]
Senyut V.T., Kovaleva S.A., Mosunov E.I., Stefanovich A.A. Structural and phase transformations in boron nitride during attritor treatment. Chemistry for sustainable development, 2009, Vol. 17, No. 6, pp. 647–652.
Senyut V.T., Kovaleva S.A., Valkovich I.V., et al. Effect of mechanical activation and high pressure high temperature treatment on the synthesis of the material based on nanostructured boron nitride. Mechanicsof Machines, Mechanismsand Materials, 2019, No. 3 (48), pp. 69–76.
Golubev A.S., Kurdyumov A.V., Pilyankevich A.N. Boron nitride: structure, properties, production. Kiev, Naukovadumka Publ., 1987, 200 p. [in Russian]
Shulzhenko A.A., Borimsky I.A., Borimsky A.I., et al. Effect of the intensity of mechanical activation on the structure of the hexagonal boron nitride. Rock-cutting and metal-working tools – equipment, technology for its manufacture and use. Kiev: V. Bakul Institute for Superhard Materials, 2011, No. 14. pp. 370-376. [in Russian]
Vityaz P.A., Senyut V.T., Kheifets M.L., Kolmakov A.G. Production of alumo-matrix composite material modified by nanostructured cubic boron nitride. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2018, Vol. 63, No.3, pp. 271–279. doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-3-271-279 [in Russian]
Senyut, V.T. Study of synergistic effect of mechanical activation and high pressure and high temperature sintering on the structure of the material based on boron nitride. Eurasian Phys. Tech. J. 2020, Vol, 17, No.1(33), pp. 19–25. doi: 10.31489/2020No1/19-25
Butylenko, A.K., Bartnitskaya, T.S., Lugovskaya, E.S., Timofeeva, I.I. Annealing of cubic boron nitride by aluminum. Pis’ma Tekhn. Fiz., 1977, Vol. 3 (20), pp. 1094–1095. [in Russian]
Senyut V.T., Vityaz P.A., Kovaleva S.A., et al. Synthesis of polycrystalline cubic boron nitride from hexagonal boron nitride after mechanical activation and modification with aluminum. Inorganic Materials: Applied Research, 2016, Vol. 7, No.1, pp. 53–57. doi: 10.1134 / S2075113316010238.
"
