відображення
сортування нова вкладка
email:
Пошук       Вибрана Вершина:       Вершина2:

процес інфільтрації


Рентгенівська дифрактограма зразка композиції cBN-Si, що вказує на відсутність хімічної взаємодії між компонентами з утворенням нітриду кремнію в процесі інфільтрації розплаву
  • Фактично вперше цілеспрямовано вивчали процеси структуроутворення полікристалічних і композиційних матеріалів на основі кубічного нітриду бору (КНБ) з урахуванням того, що зразок взаємодіє з зовнішнім середовищем, що передає тиск, через процеси інфільтрації інгредієнтів різної природи (розплави інактивних металів і напівпровідників, флюїди неметалічних матеріалів, газові компоненти)
  • Фізичні і фізико-хімічні обґрунтування процесів інфільтрації та експериментальне вивчення на прикладі розплавів міді та кремнію, були поширені не тільки на більш широкий клас інактивних до BN металів, але й на флюїди (кальцит, пірофіліт) та гази (азот, що утворюється при дисоціації Si3N4
  • Особлива увага приділена визначенню механізму дії домішок нітриду кремнію з точки зору їх участі у процесах інфільтрації, які завжди супроводжують спікання мікропорошків сBN в умовах високого тиску і температур.
  • Нижче 1600 °С ПНБ стійкий у структурному відношенні і практично не змінює густини при термобаричній дії, що дає можливість використовувати його як матричний матеріал для вивчення процесів інфільтрації інактивних розплавів під дією високого тиску в діапазоні температур 300–1600 °С.
  • Процеси інфільтрації при температурах вище 1600 °С ускладнюється розвитком твердофазного перетворення ПBN, в результаті якого формується ізотропна полікристалічна структура cBN.
  • Вважається, що швидкість процесу інфільтрації обмежена лише швидкістю плавлення алюмінію в неоднорідному полі температур комірки високого тиску (для більшості типів АВД тривалість просочення буде не більше 10–15 с). Значною проблемою в високотемпературних експериментах (Т > 2200 °С) з ПНБ є негативні наслідки процесу інфільтрації флюїдів з зовнішнього середовища.
  • Даний, досить складний, але ефективний з точки зору нагріву зразка, тип складання КВД використовували головним чином в високотемпературних експериментах по спіканню композиту на основі cBN з домішками Si3N4, механізм дії яких в процесах інфільтрації попередньо з’ясовували з використанням АВТ-20. Відзначимо, що при дослідженні процесів інфільтрації з використанням АВТ-20 (об’єм зразка V ? 0,25 см3) використовували найпростіший тип складання коміри (рис. 2.4, а) із-зі малого загального об’єму апарату.
  • Загальна схема проведення експериментів в разі вивчення процесів інфільтрації розплаву міді та флюїду кальциту в матричну структуру піролітичного BN пояснює вибір термобаричних умов, виходячи з відомих даних про положення ліній рівноваг між твердими фазами BN і вуглецю, а також кривих плавлення Cu і CaCO3 (рис. 2.6). Аналогічні схеми умов проведення експериментів в разі вивчення процесів інфільтрації розплавів Ме та флюїдів (на основі кальциту і пірофіліту) в капілярно-пористу структуру сВN показані на рис. 2.8 з конкретизацією робіт у нумерованій послідовності, яка відповідає напрямку взаємозв’язаних етапів досліджень, на окремому фрагменті (рис. 2.9). Нумерація етапів на рис. 2.9 відповідає наступним дослідженням: 1 – інфільтрація розплавів Ме і Si в капілярно-пористу структуру сBN; одержання композитів cBN-Ме, cBN-Si; дослідження фізико-механічних і фізичних властивостей одержаних композитів; 2 – вивчення особливостей інфільтрації флюїдів на основі CaCO3 і пірофіліту (Al2Si4O10(OH)2) до зразка через оточення з графіту та її вплив на формування властивостей спечених компактів КНБ (негативні наслідки інфільтрації з зовнішнього середовища); 3 – блокування процесу інфільтрації флюїдів з зовнішнього середовища в результаті дії домішок альфа-Si3N4 в шихті для спікання cBN (позитивні наслідки інфільтрації з внутрішніх джерел – заповнення порожнин зразка азотом з нітриду кремнію шляхом дифузії і ефузії); 4 – оптимізація умов одержання композиту сBN-Si3N4; дослідження його фізико-механічних властивостей, як матеріалу для різального інструменту, що працює в тяжких умовах металообробки. Процес інфільтрації в ПНБ і капілярно-пористу структуру КНБ проводили в нестаціонарному температурному режимі – швидкий (декілька секунд) розігрів зразка до температур 1800–2000 °С, що відповідають значному перегріву розплавів кремнію та металів (Al, Cu, Ag, Au, Ni).
  • Процес інфільтрації в ПНБ і капілярно-пористу структуру КНБ проводили в нестаціонарному температурному режимі – швидкий (декілька секунд) розігрів зразка до температур 1800–2000 °С, що відповідають значному перегріву розплавів кремнію та металів (Al, Cu, Ag, Au, Ni).
  • Важливою стороною поведінки ПНБ є необхідність вивчення структурних змін в матеріалі при термобаричній дії, що передують процесам інфільтрації.
  • Реалізація процесу інфільтрації при температурах вище 1600 °С ускладнюється розвитком твердофазного перетворення піролітичного BN, в результаті якого формується ізотропна полікристалічна структура кубічного нітриду бору (п. 3.1).
  • Процес інфільтрації естафетно передається і розвивається в об’ємі зразка починаючи з моменту появи флюїду на контактній поверхні після просочення через графіт.
  • Ця обставина дозволяла цілеспрямовано використовувати процеси інфільтрації необхідних розплавів при одержанні композиційних і керамічних матеріалів на основі алмазу та кубічного нітриду бору (алмазно-твердосплавні пластини, композити системи алмаз-SiC, кіборит, амборит та ін) [15, 55, 56].
  • В разі використання КНБ(Т) колірні ефекти, що пов’язані з процесами інфільтрації, нівелюються на практично чорному фоні полірованої поверхні спеченого матеріалу. Як відзначалось у розд. 2, процес інфільтрації в капілярно-пористу структуру КНБ проводили в нестаціонарному температурному режимі – швидкий (декілька секунд) розігрів зразка до температур 1800–2000 °С, що відповідають значному перегріву розплавів кремнію та металів (Al, Cu, Ag, Au, Ni). За даними рентгенівських досліджень хімічна взаємодія cBN і Si в процесі інфільтрації не спостерігається (рис. 4.14). На жаль, можливість застосування закону Дарсі для опису процесів інфільтрації розплавів під дією високих тисків не має належного обґрунтування, оскільки критичні значення чисел Рейнольдса досі не відомі для вивчаємих середовищ. В процесі інфільтрації розплав міді швидко (1–2 с) досягає протилежної сторони зразка.
  • Дослідження можливості спікання мікропорошків КНБ в АВТ тороїдальних систем при підвищених температурах в діапазоні 2000–2600 °С при вихідному тиску в КВТ 7–9 ГПа потребує врахування і дослідження процесів інфільтрації карбонаткальцієвих та алюмосилікатних флюїдів в зону спікання, а також пошуку технологічно прийнятних варіантів запобігання, чи блокування інфільтрації, оскільки, як і в разі твердофазних перетворень ПНБ (розд. 3), її наслідки можуть бути край негативними


Супермножина:


Споріднені вершини: