Высокотвердая Керамика На Основе Карбида Бора И Производных Фуллерита

Abstract

Получен новый тип керамики на основе производных фаз фуллерита и B 4 C. Материал синтезирован при температуре 1500 K и относительно низком давлении 4 GPa, обладает высокой твердостью 45 GPa и трещиностойкостью 15 MPa · m 1/2 . ВведениеКарбид бора (B 4 C) обладает высокими механическими характеристиками, прежде всего твердостью, износо-стойкостью, высокими модулями упругости [1,2]. Кроме того, относительно низкая плотность в сочетании с высокими механическими характеристиками обусловли-вают широкое использование этого материала. Керами-ка на основе B 4 C применяется в качестве режущего инструмента, шлифовальных порошков, износостойких покрытий. Основным методом получения керамики на основе B 4 C является горячее прессование при тем-пературе около 2300 K [3,4]. Также широко исполь-зуется для получения B 4 C керамики метод спекания в искровой плазме [5]. Однако, несмотря на высокие твердость и износостойкость, B 4 C обладает невысо-кой прочностью и трещиностойкостью. Для увеличения прочностных характеристик керамики на основе B 4 C при спекании материала используются различные виды добавок, повышающих пластичность и трещиностой-кость материала. Недавнее открытие каталитического синтеза 3D-полимеризованного фуллерита [6] предостав-ляет широкие возможности использования фуллерена для получения нового класса углеродных материалов. Керамика на основе углерода является одновременно легкой, прочной и температуростойкой [7,8]. Таким образом, актуальным является создание керамики на основе B 4 C и углеродного материала в качестве связки. Примером может служить работа [9], где была полу-чена высокотвердая керамика на основе зерен B 4 C и углеродной фазы (производных фуллерита) в качестве связующей композиции. Под производными фуллерита в работе [9] подразумевается материал, полученный из фуллерена в условиях высоких давлений и тем-ператур в присутствии катализатора CS 2 . В работе было показано, что при синтезе керамического мате-рила B 4 C с фуллереном в соотношении 50/50 vol.% синтезируемый материал обладает высокой степенью однородности и характеризуется отсутствием трещин или объемных дефектов [9]. В данной работе была повышена температура синтеза материала на осно-ве B 4 C−C 60 в присутствии катализатора CS 2 , и, как следствие, были получены новые структуры производ-ных фуллерита, отличные от представленных в [9], что привело к изменению механических характеристик керамики. Методика проведения экспериментаИзготовление керамического материала на основе B 4 C и производных фаз фуллерита было осуществлено при помощи механического помола B 4 C с фуллере-ном С 60 в планетарной мельнице АГО 2У со сталь-ными стаканами и шарами диаметром 10 mm. Кон-центрация C 60 составляла 50 vol.% порошковой смеси. В процессе обработки был получен порошок с равно-мерным распределением углеродных кластеров. После размола порошок был спрессован в таблетки и спекался в ячейке высокого давления типа " наковальня с лункой". Спекание проводилось при давлении 4 GPa и темпера-туре 1500 K. В качестве вещества, обеспечивающего ка-талитический синтез...

Investigation of Elastic Properties and Hardness of Nanostructured Carbon Materials

“…В работах [15,16] были получены образцы высокотвердой керамики на основе полимеризованного фуллерита и карбида бора в присутствии катализатора СS2. Также были проведены исследования по модификации углеродных композитов за счет полимеризации фуллерена с целью улучшения их прочностных характеристик [17,18].…”