Spiekanie proszków diamentowych z udziałem nanocząstek

• Autorzy: Jaworska L. , Wyżga P. , Stobierski L. , Królicka B. , Rozmus M.

Warianty tytułu

EN

Fracture energy of adhesive joints bonded with an elastic adhesive

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Polikrystaliczne spieki diamentowe znajdują największe zastosowanie w obróbce skrawaniem oraz wiertnictwie. Komercyjne spieki składają się najczęściej z warstwy diamentowo-kobaltowej na podłożu WC-Co. Obecność fazy kobaltowej w spiekanym diamencie obniża znacząco parametry spiekania wysokociśnieniowego. Stabilność cieplną polikrystalicznych materiałów diamentowych PCD (Polycrystalline Diamond Compact) można określić jako ich odporność na grafityzację w atmosferze obojętnej w wysokiej temperaturze. Jednym ze sposobów zwiększania odporności materiałów PCD jest zmniejszenie zawartości kobaltu. Drugim rozwiązaniem jest wytwarzanie spieków diamentowych bez kobaltu jako fazy wiążącej. W artykule przedstawiono wyniki badań wysokociśnieniowego spiekania diamentu z węglikiem Ti3SiC2 oraz z udziałem 5% mas. dodatków w postaci nanoproszków SiC oraz TiCN. Proszki mieszano w mieszalniku Turbula. Proces spiekania przeprowadzono z wykorzystaniem aparatury wysokociśnieniowej HP-HT (High Pressure-High Temperature) typu Bridgmana pod ciśnieniem 8 GPa, w temperaturze 1920÷50°C przez 30 s. Otrzymane w procesie spiekania materiały kompozytowe zostały poddane procesowi docierania na płycie żeliwnej, a następnie polerowane w celu uzyskania powierzchni odpowiedniej do dalszych badań. Wyznaczanie gęstości pozornej wykonanych spieków przeprowadzono metodą hydrostatyczną. Badanie modułu Younga wykonano metodą ultradźwiękową polegającą na pomiarze prędkości przechodzenia fali poprzecznej i podłużnej. Twardość próbek wyznaczono na zgładach metalograficznych sposobem Vickersa przy obciążeniu 9,8 N. Wykonano analizę mikrostruktury próbek za pomocą mikroskopu elektronowego skaningowego oraz określono rozmieszczenie krzemu na powierzchni metodą mikroanalizy rendgenowskiej EDS. Badane materiały charakteryzują się jednorodną mikrostrukturą, nieznaczną porowatością (poniżej 0,2%) oraz bardzo dużą twardością. Dla spieków diamentowych z udziałem nano-TiCN średnia twardość HV1 wynosi 5120=120, natomiast dla spieku diamentowego z nano-SiC 5260=100 HV1.

EN

Sintered polycrystalline diamond are the most use in the machining and drilling applications. Commercially available polycrystalline diamond compacts (PCD), consisting of a polycrystalline diamond-cobalt layer on a WC-Co substrate. The presence of cobalt phase in the sintered diamond significantly reduces the parameters of high-pressure sintering. The thermal stability of a PCD (Polycrystalline Diamond Compact) material can be defined as its resistance to graphitization in an inert atmosphere at elevated temperature. One of the possibilities to increase the thermal resistance of PCD materials is to reduce the cobalt content. A second is the manufacturing of diamond compacts with a non-cobalt bonding phase. The article presents the results of high pressure sintering of diamond Ti3SiC2 and 5% mass participation of the additives in the form of SiC and TiCN which characteristics are presented in the Table 1. Mixture of powders was prepared by using Turbula shaker-mixer. Sintered process was carried out by using a Bridgman-type high pressure apparatus at 8 GPa and temperature of 1920÷50°C for 30 seconds. Samples for Vickers hardness measurement were prepared through lapping on a cast iron plate with diamond paste. Density was measured by the hydrostatic method. Young's modulus of the HP-HT (High Pressure-High Temperature) samples were measured basing on the velocity of the ultrasonic transverse and longitudinal waves transition through the sample. In the Vickers hardness measurements a load of 9.8 N was applied. Results of investigation were shown in the Table 2. The results of the microstructure analysis were shown in Figure 1 and 2. Tested materials are characterized by a relatively homogeneous microstructure, small porosity and very high values of hardness. For diamond compacts with nano-TiCN average hardness HV1 is 5120=120, and for a diamond compacts with nano-SiC HV1 is 5260=100.

Słowa kluczowe

PL

spiekanie HP-HT; polikrystaliczne spieki diamentowe; Ti3SiC2; nano-SiC; nano-TiCN; materiały narzędziowe

EN

HP-HT sintering; sintered polycrystalline diamond Ti3SiC2; nano-SiC nano-TiCN; tool materials

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 6
• Strony: 1400--1403
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jaworska L.

autor

Wyżga P.

autor

Stobierski L.

autor

Królicka B.

autor

Rozmus M.

• Zakład Inżynierii Materiałowej, Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie,

Bibliografia

• [1] Howard T. P., Bowler J. J., Toomey T.: Performance and processability of PCD cutting tool materials. Industrial Diamond Review 4 (2006) 53÷57.
• [2] Collins J. L., Cook M. W., Ninnis T.: New developments in ultrahard machining of wood and non-metals. Industrial Diamond Review 1 (2001) 49÷62.
• [3] Hall H. T.: Ultrahigh pressure research. Science 128 (1958) 445÷449.
• [4] Sumiya H., Irifune T.: Synthesis of high-purity nano-polycrystalline diamond and its characterization. SEI Technical Review 59 (2005) 52÷57.
• [5] Sumiya H., Irifune T.: Microstructure and mechanical properties of high hardness nano-polycrystalline diamonds. SEI Technical Review 66 (2008) 85÷91.
• [6] Katzman H., Libby W. F.: Sintered diamond compacts with a cobalt binder. Science 172 (1971) 1132÷1134.
• [7] Hibbs L. E. Jr., Wentorf R. H. Jr.: High pressure sintering of diamond by cobalt infiltration. High Temp.-High Press. 6 (1974) 409÷413.
• [8] Lin T. P., Hood M., Cooper G. A.: Residual stresses in polycrystalline diamond compacts. Journal Am. Cer. Soc. 77 (6) (1994) 1562÷1568.
• [9] Brooks K.: Regulars in business, cutting-edge tools for 21st century metal machining. Metal Powder Report 64 (1) (2009) 6÷10.
• [10] Ko Y. S., Tsurumi T., Fukunaga O., Yano T.: High pressure sintering of diamond- SiC composite. Journal of Materials Science 36 (2001) 469÷475.
• [11] Pang W. K., Low I. M., O’Connor B. H., Studer A. J., Peterson V. K., Palmquist P.: Effect of vacuum annealing on the thermal stability of Ti3SiC2/TiC/TiSi2 composites. Journal of the Australian Ceramic Society 45 (2009) 72÷77.
• [12] Jaworska L., Szutkowska M., Morgiel J., Stobierski L., Lis J.: Ti3SiC2 as a bonding phase in diamond composites. Journal of Materials Science Letters 20 (2001) 1783÷1786.