Reakcje regularnego azotku boru z wybranymi metalami : aspekty termodynamiczne strukturalne, morfologiczne i praktyczne.

• Autorzy: Benko E.

Warianty tytułu

EN

Reaction of regular boron nitride with selected materials : thermodynamic, structural, morphological and practical aspects.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano obliczeń składów równowagowych układów BN-metal, wykorzystując algorytm VCS. Obliczenia te wykonano dla układów: BN-Ti, BN-Zr, BN-Hf, Bn-V, BN-Nb, BN-Ta, BN-Cr, BN-Mo, Bn-Al, BN-TiH2 dla stosunków molowych BN-metal równych 1 : 1, 2 : 1 i w niektórych przypadkach 9 : 1, w bardzo szerokim przedziale ciśnień, i temperatur (1.3źE-3 ÷ 1źE+07 Pa, 27 ÷ 2427°C). Z przeprowadzonych obliczeń równowag wynika, że wyżej wymienione metale reagują z azotkiem boru, tworząc borki lub mieszaninę borków i azotków metali. Ilość i skład tworzących się faz uzależnione są od ciśnienia, temperatury i stosunków molowych BN i metalu. W celu sprawdzenia zgodności obliczeń teoretycznych składów równowagowych badanych układów z danymi doświadczalnymi wykonano spieki azotku boru z wymienionymi metalami w zmiennnych parametrach spiekania (temperatura, ciśnienie). Eksperymenty potwierdziły zgodność obliczeń teoretycznych z danymi doświadczalnymi w zakresie ilości i składu tworzących się faz. W pracy przeprowadzono pomiary kąta zwilżania BN metalami, jak Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al i AlTi10. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia metali od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków zwilżalność badaną metodami pośrednimi, stosując tzw. rozpuszczalniki (Ag, Au), które z tymi metalami tworzą niskotemperaturowe eutektyki. Metale IV grupy układu okresowego można uszergować wg wzrastającej zwilżalności do BN następująco: Hf > Zr > Ti, natomiast metale V grupy tworzą szereg następujący: Ta > Nb > V. W tym samym kierunku w badanych układach zmienia się praca adhezy. Przeprowadzone badania próbek po pomiarach zwilżalności wskazały na zachodzące reakcje chemiczne na granicy BN-metal. Układy BN-Ti i BN-TiH2 przebadano, stosując różne metody. Badania te wykazały, że niezależnie od formy wprowadzenia Ti do spieku w efekcie końcowym tworzą się te same fazy (borki i azotki Ti). Pomiar twardości oraz określenie modułu Younga wykazały, że kompozyty azotku boru z metalami o największej reaktywności w stosunku do BN osiągają wysokie wartości twardości i modułu Younga. Spośród badanych materiałów najwyższymi wartościami twardości i modułu Younga charakteryzują się kompozyty z tytanową fazą wiążącą. Najlepsze parametry materiałowe uzyskane w przypadku zastosowania tytanu jako fazy wiążącej wskazują, że tytan jest najlepszym dodatkiem modyfikującym cBN.

EN

In above study equlilibrium composition in the systems BN-metal have been calculated using the VCS algorithm. Calculations have been carried out for the following systems: BN-Ti, BN-Zr, BN-Hf, BN-V, BN-Nb, BN-Ta, BN-Cr, BN-Mo, BN-Al, and BN-TiH2 for the BN : metal molar ratios equal to 1 : 1, 2 : 1 and in several cases 9 : 1 in the wide ranges of pressure and temperature (1.3źE-3 ÷ 1źE+07 Pa, 27 ÷ 2427°C). From the calculations it can be concluded that the metals studied react with boron nitride forming borides or mixtures of borides and nitrides. The number and compositions of formed phaces strongly depends on pressure, temperature and BN-metal molar ratios. In order to verify the theoretical calculations the equilibrium compositions in the investigated systems with experimental data, BN has been sintered with the above mentioned metals under various experimental conditions (temperature, pressure). Experimental investigations showed good agreement with theoretical studies as far as the amount and compositions of the resulting phases are concerned. Additionally the measurements of contact angles between BN and metals, such as Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, A1 and AlTi10 alloy have been carried out. Because of high melting points of metals of IV-VI groups of the Periodic Table, wettability studies have been conducted using an indirect method by applying the socalled solvents method (Ag, Au), which from low temperature eutectics with the above mentioned metals. Among metals of the group IV of the Periodic Table, wettability towards BN decreases in the following order: Hf > Zr > Ti whereas among the metals of the group V this order is as follows: Ta > Nb > V. In the same order the adhesion work changes in the systems studied. Investigations of samples after wettability studies have shown that chemical reactions at the interfaces BN-metal take place. BN-Ti and Bn-TiH2 systems have been studied by various methods too. These studies have shown that independent of the form of Ti introduct into the sinter (Ti or TiH2) finally the same phases are formed (Ti borides and nitrides). Hardness measurements and Young`s modulus determinations have shown that the composites of boron nitred with metals exhibiting the highest reactivity towards BN reach high hardness and Young`s modulus values. Among these materials the composites with the titanium bonding phase show the highest hardness and Young modulus values. The best material prameters obtained when Ti have been used as the binding phase indicated that titanium is the best cBN modyfying additive.

Słowa kluczowe

PL

regularny azotek boru CBN; metal; reakcja chemiczna; termodynamika; struktura; morfologia

• Wydawca: Instytut Obróbki Skrawaniem
• Czasopismo: Prace Instytutu Obróbki Skrawaniem. Zeszyty Naukowe
• Rocznik: 1998
• Tom: nr 79
• Strony: 139--139
• Opis fizyczny: s.

Twórcy

autor

Benko E.

• Instytut Obróbki Skrawaniem,