Kompozyty diamentowe z ceramiczną fazą wiążącą - modyfikacja mikrostruktury w aspekcie łączenia z korpusem narzędzia

• Autorzy: Jaworska L. , Rozmus M. , Twardowska A. , Królicka B.

Warianty tytułu

EN

Diamond with ceramics bonding phase composites - microstructure modification referted to the tool body brazing

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z najlepszych i coraz powszechniej stosowanych materiałów narzędziowych jest diament. Wyróżniamy trzy podstawowe grupy materiałów diamentowych: polikrystaliczne spieki diamentowe PCD, warstwy diamentowe otrzymywane metodami CVD oraz monokryształy diamentu naturalnego i syntetycznego. Największe znaczenie dla obróbki skrawaniem mają materiały PCD. Modyfikacja ich właściwości jest możliwa poprzez zastosowanie odpowiedniego rodzaju fazy wiążącej, np. tworzywa ceramicznego Ti3SiC2, charakteryzującego się pseudoplastycznymi właściwościami. Wprowadzając ten materiał w ilości 30% masy, otrzymano materiał o wysokim współczynniku odporności na kruche pękanie K(IC) wynoszącym 8 MPa x m1/2 , i przeszło trzykrotnie wyższej wartości wytrzymałości na ściskanie średnicowe, a także o zwiększonej odporności temperaturowej w stosunku do najczęściej wytwarzanych materiałów z kobaltową fazą wiążącą. Zastosowanie Ti3SiC2 jako fazy wiążącej diament w materiale o mikrostrukturze gradientowej pozwoli na bezpośrednie spajanie ostrza skrawającego z korpusem narzędzia bez konieczności stosowania warstwy pośredniej w postaci węglika spiekanego. Przedstawiono wyniki wstępnych prób zagęszczania materiału o strukturze gradientowej metodą wirówkową. Materiał gradientowy zapewni narzędziu skrawającemu twardą, odporną na zużycie ścierne warstwę powierzchniową i podłoże umożliwiające lutowanie.

EN

One of the most popular tools materials is diamond. Currently there are three groups of diamond based cutting tool materials available namely polycrystalline diamond compacts PCD, CVD diamond and single crystal natural and synthetic diamond. The most significance for machining have PCD materials. The PCD compacts are a round disks comprising a thin layer of sintered polycrystalline diamond bonded to a cemented tungsten carbide substrate (Fig. 1). Commercially available PCD are usually made by high pressure sintering diamond powders with the cobalt bonding phase. The existence of cobalt promotes the graphitisation process of diamond. The differential thermal expansion of PCD layer and tungsten carbide substrate may result in residual stresses and next, delamination of material. Modification properties of these materials are possible using suitable kind of the bonding phase material, for example the ceramics Ti3SiC2 material, which is exhibiting pseudoplastics behaviour. The 30 wt. % Ti3SiC2 addition to the diamond composite is resulted high fracture toughness, K\c is 8 MPa x m1/2, compressive strength is three times more than for compacts with the cobalt bonding phase (Table 1). The thermal resistance of these materials were increased also. The decomposition of Ti3SiC2 takes place during the high pressure sintering process (Fig. 2). Observations of microstructure of prepared composites showed that mixing diamond and Ti3SiC2 powder produces composites of very low porosity (Fig. 3) and indicated that the bonding material has a multiphase composition (Fig. 4). Using the Ti3SiC2 bonding phase in the gradient composition material allows for the direct brazing of the edge to the tools body without intermediate sintered carbides layer. These functional graded materials will provide the cutting tools hard, wear resistant surface and good brazing substrate. The grading material was compacted using the centrifugal method.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt diament-Ti3SiC2; materiał; narzędzia skrawające; funkcjonalny materiał gradientowy

EN

diamond-Ti3SiC2 composite; material for cutting edge; functionally graded material

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 3
• Strony: 3--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jaworska L.

autor

Rozmus M.

autor

Twardowska A.

autor

Królicka B.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków; Akademia Pedagogiczna, Instytut Techniki, ul. Podchorążych 2, 30-084 Kraków; Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków

Bibliografia

• [1] Osipov O.S., Diegues Skury A.L., Bobrovnitchii G.S., Influence of high pressure an the microhardness and wear resistance of diamond powder and silicon carbide-based composites, Materials Research 2004, 7, 2, 335-337.
• [2] Lin T., Hood M., Cooper G.A., Residual stresses in poly-crystalline diamond compacts, J. Am. Soc. 1994, 77, 6, 1562-68.
• [3] Trenker A., Seidemann H., High vacuum brazing of diamond tools, Industr. Diamond Rev. 2002, 1, 49-51.
• [4] Olesińska W. i in., Reactive metallic layers produced on AlN, Si3N4 and SiC ceramics, J Mater. Sci.: Mater. Electron. 2004, 15,813-817.
• [5] Pampuch R., Lis J., Ti3SiC2 - A Plastic Material, Ceramics: Charting the Future, P.Vincenzini, Techna Sri, Italy, 1995.
• [6] Jaworska L., Migdał W., Klasyfikacja mikroziarn diamentowych o wielkości 3-28 mikrometrów, Mat. VI Konf. Nauk.-Techn. nt. Obróbka ścierna, JOTES, Łódź 1991.