7.7 Висновки до розділу 7

Загальною характеристикою еволюції субструктури в процесі спікання під тиском 7,7 ГПа є два максимуми щільності дислокацій - при температурах 1300 і 2300 К.Найвищий рівень щільності дислокацій при температурі 2300 К досягається при спіканні порошків в інтервалі зернистостей від 7/5 до 2/1, і значно гальмується утворення деформаційної субструктури в субмікропорошках КМ 1/0.

При спіканні під тиском 7,7 ГПа шихти зі 100% КНБ максимальної твердості полікристалів з густиною вище 97% досягнуто при температурі спікання 2300 К. Для широкого інтервалу зернистостей вихідних порошків, що охоплює і порошки зернистістю менше 3 мкм, після спікання при температурі 2300 К і тиску 7,7 ГПа щільність дислокацій корелює з твердістю полікристалів.

В результаті реакційного спікання порошків КНБ зернистістю КМ 7/5 з 10% Al під тиском 7,7 ГПа при температурі 2300 К практично досягнуто твердості, що виходить з адитивної її залежності від фазового складу, а густина таких полікристалів більше 99%. Твердість полікристалу визначає деформаційно зміцнений каркас КНБ

Реакційне спікання при знижених р,Т-параметрах (4,2 ГПа, 1750 К) забезпечує стабільні значення твердості (28-31 ГПа) і густини полікристалів (98,2-98,8%) в широкому інтервалі зернистостей вихідних порошків КНБ. Більш ефективно реалізується деформаційне зміцнення каркасу КНБ саме в полікристалах, отриманих з крупних зернистостей.

Розроблено концепцію деформаційного зміцнення структури ПКНБ з використанням генетичного (щільність дислокацій в вихідному порошку КНБ) і реконструктивного (спікання при р,Т-параметрах деформаційного зміцнення) методів. Вона полягає в зміцненні полями дальнодіючих напруг дислокацій для широкого діапазону вихідних зернистостей КНБ і підтверджується кореляцією твердості полікристалів з густиною дислокацій згідно співвідношенню Тейлора.

Деформаційне зміцнення структури ПКНБ полями локальних зернограничних напруг реалізується при спіканні вихідних порошків обмеженого інтервалу зернистостей (більше 3 мкм). Співвідношення Хола-Петча між твердістю і розміром зерен не виконується в полікристалах, отриманих з порошків КНБ зернистістю менше 3 мкм.

Ефективність реконструктивного методу деформаційного зміцнення ПКНБ (спікання при р,Т-параметрах деформаційного зміцнення) значно знижується в порошках зернистістю менше 3 мкм і майже не реалізується в субмікронних порошках. Оптимальні результати поєднання генетичного і реконструктивного методу (максимальна твердість і максимальна густина дислокацій) отримано при спіканні порошків КМ 5/3, КМ 7/5.

Розроблені принципи деформаційного зміцнення полікристалів КНБ, суть яких в управлінні дислокаційною структурою генетичним та реконструктивним методами. Визначені р,Т-області найбільш ефективного деформаційного зміцнення полікристалів КНБ. При реакційному спіканні КНБ з алюмінієм особливості деформаційного зміцнення структури КНБ полягають в розширенні його області в сторону менших р,Т-параметрів завдяки прискоренню процесів ущільнення і формування безпористої макроструктури і в сторону високих температур завдяки гальмуванню процесів відпалу та рекристалізації. При спіканні порошків КНБ з добавками тугоплавких сполук ТіС, TiN, AlN умови і р,Т-область деформаційного зміцнення кристалічної структури КНБ залишаються такими ж, як і при спіканні порошків КНБ без добавок.

Показано, що фізико-механічні властивості полікристалів КНБ визначаються їх мікроструктурою та дислокаційною структурою. Перший етап формування твердості полікристалу пов’язаний зі зміцненням границь зерен КНБ-КНБ, зменшенням пористості полікристалу до повної її відсутності, зменшення вмісту в складі полікристалу графітоподібного BN аж до повної відсутності. Наступний етап – формування твердості шляхом деформаційного зміцнення, через управління дислокаційною та зеренною структурою полікристалу.

Особливості формування твердості полікристалу при реакційному спіканні КНБ з алюмінієм полягають в тому, що перший етап завершуються при значно нижчих параметрах спікання (4ГПа, 1700К проти 7,7ГПа, 2300К). Твердість полікристалу при цьому практично не відхиляється від адитивної залежності. Область р,Т параметрів деформаційного зміцнення полікристалу значно розширюється.

Твердість полікристалів, одержаних при спіканні КНБ з тугоплавкими сполуками AlN, TiC, TiN, нижча розрахованої для випадку адитивної залежності в зв’язку з утворенням в умовах твердофазної взаємодії твердих розчинів кисню, азоту вуглецю в кристалічних гратках BN, AlN, TiC, TiN. При цьому зберігаються ті ж температурні границі етапів формування твердості як і для випадку спікання порошків КНБ без добавок..

В умовах реакційного спікання в системі BN_сф – TiC – Al досягається утворення двох взаємопронизуючих каркасів КНБ і ТіС зі зміцненими міжзеренними границями, що забезпечує підвищену твердість в порівнянні з полікристалами, одержаними при твердофазному спіканні КНБ з TiC, та електропровідність.

Встановлені два етапи формування тріщиностійкості полікристалів КНБ. Перший шляхом створення структур зі зміцненими границями зерен і відповідно з транскристалітним зломом. Другий етап – створення високої концентрації стопорів розповсюдження тріщин в зернах полікристалів, наприклад дефектів упаковки, з використанням генетичних та реконструктивних методів.

Оптимальне співвідношення властивостей (твердості, тріщиностійкості, теплопровідності) для конкретного застосування матеріалу досягається формуванням структур з заданими видом і загальним рівнем дефектів, структурою границь зерен КНБ-КНБ та міжфазних границь, створенням внутрізеренних дефектів – стопорів розповсюдження тріщин.