Зміна маси порошків кнб після відпалу при температурі 393 к на протязі 4 годин на повітрі.

Марка КНБ	m, мг	m, мг	m/m, %	m1, мг	m1/m, %	m2, мг	m2/m, %
КМ 1/0	5775,525	90,625	1,569	19,335	0,338	71,290	1.231
КМ 3/2	5053,485	17,885	0,354	4,910	0,097	12,975	0,257
КМ 7/5	5952,975	10,001	0,168	2,901	0,051	7,100	0,117
КМ 40/28 (1)	7574,085	8,585	0,113	3,520	0,046	5,065	0,067
КМ 40/28 (2)	7570,565	6,815	0,090	0,415	0,005	6,400	0,085
КМ 40/28 (3)	7570,150	6,850	0,090	0,050	0,001	6,800	0,089

m - повна втрата маси після відпалу (зважування зразу ж після відпалу); m₁ - невідновлена маса, m₂ - відновлена маса (зважування через 1 добу).

Використовуючи порошки КНБ марок КМ 3/2, КМ 2/1 і КМ 1/0 в суміші з порошками КНБ зернистістю, більшою як 3 мкм ми підвищуємо роль генетичного фактору в формуванні деформаційно зміцненої структури полікристалу. Крім того, таке сполучення зернистостей призведе до збільшення густини полікристалів КНБ на початкових етапах спікання, що сприятиме прискореному формуванню фізико-механічних властивостей полікристалів, а при реакційному спіканні КНБ з Al завдяки збільшенню поверхні контакту КНБ з Al прискорення реакції взаємодії, збільшення гомогенності шихти для спікання і відповідно однорідності структури полікристалу. Збільшення швидкості проходження реакції взаємодії КНБ з Al в свою чергу призведе до збільшення викиду температури екзотермічного ефекту реакції і як результат, добавочний вклад в реконструктивний механізм при формуванні структури полікристалу.

Враховуючи вищесказане, основні технологічні рекомендації наступні.

1. Для чистових операцій точіння використовуються як привило полікристали КНБ з розміром зерна менше 3 мкм, а інколи і менше 1 мкм [132], тому в багатьох випадках необхідно спікати саме порошки розміром менше 3 і навіть 1 мкм.

2. При використанні полікристалів КНБ для операцій точіння в умовах високих навантажень найбільш сприятливим є варіант одержання полікристалів з деформаційно зміцненою структурою при поєднанні реконструктивного і генетичного методів деформаційного зміцнення. Для цього ефективним є використання в якості вихідної шихти для спікання суміші порошків КНБ зернистістю більше 3 мкм (тут найбільше проявляються реконструктивні механізми) і зернистістю менше 3 мкм (генетичні механізми формування структури). Співвідношення між крупними і дрібними порошками в межах від 1:4 до 4:1 (залежить від зернистості крупних і дрібних порошків і майбутнього застосування полікристалів).

3. Для одержання полікристалів КНБ з деформаційно зміцненою структурою оптимальними для спікання є температури, що відповідають максимуму деформаційного зміцнення на кривій залежності щільності дислокацій від температури спікання (див. рис. 7.1). Таких максимумів два і відповідно 2 температури – 1750 К і 2300 К.

4. Спікання при температурі першого максимуму деформаційного зміцнення 1750 К порошків КНБ без добавок не призводить до одержання твердих, міцних полікристалів в зв’язку з недостатньою активацією процесу ущільнення при такій температурі (висока пористість), а також фазовими переходами BN_cфBN_г (високий вміст фази з низькою міцністю в структурі полікристалу). При реакційному спіканні КНБ з Al з попереднім просоченням шихти алюмінієм при тиску 4,2 ГПа і температурі 1750 К одержуємо полікристал з високою густиною (99%), в якому відсутній BN_г, структура такого полікристалу є деформаційно зміцненою і це забезпечує високі твердість (30 ГПа) і зносостійкість при обробці загартованих сталей і чавунів.

5. Спікання при температурі другого максимуму деформаційного зміцнення 2300 К можливе тільки в АВТ тороїд (необхідний тиск для спікання згідно діаграми стану BN повинен бути не менше 7 ГПа). При таких р,Т-умовах можна одержувати полікристали КНБ як при спіканні з добавками, так і без добавок. Максимальна твердість полікристалу, одержаного при спіканні порошків КНБ КМ 5/3 без добавок склала 45 ГПа (піраміда Кнупа, навантаження на індентор 10 Н). Полікристали кибориту-1, одержаного в таких умовах, мали твердість 38-42 ГПа. Збільшення кількості добавок в шихту і відповідно долі фаз з нижчою твердістю, ніж КНБ, в полікристалі, веде до зниження твердості полікристалу.

6. При використанні порошків зернистістю менше 3 мкм виростає роль сегрегаційного фактору (див. (1.34), розд.1), це означає, що з одного боку, домішки по границях зерен будуть перешкоджати росту зерна і тому можливе зернограничне зміцнення структури, але з другого боку, міцність і твердість полікристалів КНБ визначається міцністю границь зерен і тому такі домішки в кінцевому результаті знижують міцність і твердість полікристалу. Тому необхідна очистка порошків КНБ перед спіканням від домішок, в першу чергу органічних, а також адсорбованих поверхнею парів води і газів атмосфери.

7. Реакційне спікання порошків КНБ зернистістю менше 3 мкм з Al з попереднім просоченням порошку алюмінієм призводить до того, що адсорбовані поверхнею порошків КНБ домішками і графітоподібним BN в першу чергу взаємодіють з Al і як результат – очистка порошку в процесі спікання і відсутність в полікристалі домішок, які перешкоджають зміцненню полікристалу.

8.5 Висновки до розд. 8

Розроблено склад шихти для одержання полікристалічних надтвердих матеріалів на основі кубічного нітриду бору і нітриду алюмінію (пат. України 25281А) Шихта призначена для спіканні матеріалів на основі кубічного нітриду бору в умовах високих тиску і температури і забезпечує одержання структури з неперервним каркасом кубічного нітриду бору і рівномірно розташованою зв`язкою, як наслідок такої структури - підвищення міцності матеріалу. Шихта застосовується для одержання полікристалічного надтвердого матеріалу Киборит-2.

Розроблено склад шихти для одержання полікристалічних надтвердих матеріалів на основі кубічного нітриду бору і карбіду титану (пат. України №28827А). Полікристали, одержані з такої шихти мають структуру з взаємопронизуючими каркасами (неперервними фазами) кубічного нітриду бору і карбіду титану. В полікристалах відсутні оксидні фази по границях зерен кубічного нітриду бору. Така структура полікристалів забезпечує високі електропровідність та теплопровідність композиційного матеріалу. Шихта застосовується для одержання полікристалічного надтвердого матеріалу Киборит-3.

Розроблено оригінальний спосіб спікання полікристалів КНБ (пат. України № 25282А), який полягає у спіканні шихти, що містить кубічний нітрид бору і алюміній, при високих тиску і температурі, відрізняється тим, що спікання при високих тиску і температурі проводять у дві стадії. Перша стадія – просочення шихти алюмінієм і попереднє ущільнення при тиску 0,1-3,9 ГПа і температурі 970-1420 К, друга стадія - тиск 4-8 ГПа, температура - 1500-2100 К.

Розроблено та впроваджено в виробництво клас полікристалічних надтвердих матеріалів на основі кубічного нітриду бору, об'єднаних під торговою маркою "КИБОРИТ-2", які одержують при двостадійному реакційному спіканні порошків КНБ і алюмінію. Полікристали характеризуються неперервним каркасом кубічного нітриду бору, мають високу твердість (27-36 ГПа), тріщиностійкість (до 13,5 МПам^1/2), призначені для застосування як інструментальна кераміка та конструкційна кераміка. Розміри полікристалів до 35 мм в діаметрі і до 25 мм по висоті. Варіант "КИБОРИТ-3" – електропровідний матеріал з взаємопронизуючими каркасами електропровідної і неелектропровідної фаз

Розроблені технологічні рекомендації для виготовлення полікристалів КНБ з деформаційно-зміцненою структурою з використанням порошків КНБ зернистістю менше 3 мкм.

За період 1996-2001 р підприємствами концерну “Алкон” НАН України було виконано договорів і контрактів на поставку продукції з кибориту-2 і кибориту-3 на суму близько 200 тис. доларів США.