RU2484060C2 - Boron suboxide-based composite materials - Google Patents
Boron suboxide-based composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2484060C2 RU2484060C2 RU2009143565/03A RU2009143565A RU2484060C2 RU 2484060 C2 RU2484060 C2 RU 2484060C2 RU 2009143565/03 A RU2009143565/03 A RU 2009143565/03A RU 2009143565 A RU2009143565 A RU 2009143565A RU 2484060 C2 RU2484060 C2 RU 2484060C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- boride
- boron suboxide
- phase
- borides
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к композиционному материалу на основе субоксида (низшего оксида) бора.The present invention relates to a composite material based on boron suboxide (lower oxide).
Уровень техникиState of the art
Создание синтетических сверхтвердых материалов со значениями твердости, приближающимися к значениям твердости алмаза или даже превышающими их, представляет большой интерес для материаловедов. Алмаз с твердостью по Виккерсу от 70 до 100 ГПа является самым твердым из известных материалов, за ним следуют кубический нитрид бора (HV / твердость по Виккерсу/ - примерно 60 ГПа) и субоксид бора, именуемый здесь B6O. Для монокристаллов В6О под нагрузкой 0,49 Н и 0,98 Н определены значения твердости соответственно 53 ГПа и 45 ГПа, аналогичные значениям твердости кубического нитрида бора [9].The creation of synthetic superhard materials with hardness values approaching or even exceeding the hardness of diamond is of great interest to material scientists. Diamond with a Vickers hardness of 70 to 100 GPa is the hardest known material, followed by cubic boron nitride (H V / Vickers hardness / - about 60 GPa) and boron suboxide, referred to herein as B 6 O. In order monocrystals 6 About under a load of 0.49 N and 0.98 N, hardness values of 53 GPa and 45 GPa, respectively, are determined, similar to hardness values of cubic boron nitride [9].
Известно, что В6О может быть также нестехиометрическим, т.е. может существовать в виде B6O1-x (где x находится в пределах 0-0,3). Такие нестехиометрические формы включены в определение B6O. Прочные ковалентные связи и небольшая длина межатомной связи у этих материалов способствуют их исключительным физическим и химическим характеристикам, таким как большая твердость, низкая (массовая) плотность, высокая удельная теплопроводность, высокая химическая инертность и превосходная износостойкость [1, 2]. В патенте US 5330937 (Ellison-Hayashi и др.) сообщалось об образовании порошков субоксида бора с номинальным составом В3О, B4O, В6О, B7O, B8O, В12О, B15O и B18O. Потенциальные области промышленного применения рассмотрены в патенте Японии 7034063 (Kurisuchiyan и др.) и в патенте US 5456735 (Ellison-Hayashi и др.) и включают использование в шлифовальных (точильных) кругах, абразивах и режущих инструментах.It is known that B 6 O can also be non-stoichiometric, i.e. can exist in the form of B 6 O 1-x (where x is in the range 0-0.3). Such non-stoichiometric forms are included in the definition of B 6 O. The strong covalent bonds and the short interatomic bond length of these materials contribute to their exceptional physical and chemical characteristics, such as high hardness, low (mass) density, high thermal conductivity, high chemical inertness and excellent wear resistance [12]. US Pat. No. 5,330,937 (Ellison-Hayashi et al.) Reported the formation of boron suboxide powders with a nominal composition of B 3 O, B 4 O, B 6 O, B 7 O, B 8 O, B 12 O, B 15 O and B 18 O. Potential industrial applications are discussed in Japanese Patent No. 7034063 (Kurisuchiyan et al.) And US Pat. No. 5,456,735 (Ellison-Hayashi et al.) And include use in grinding (grinding) wheels, abrasives and cutting tools.
Для получения субоксида бора используются несколько технологий, причем они включают такие способы, как взаимодействие элементарного бора (В) с оксидом бора (В2О3) в условиях достаточно высокого давления и высокой температуры [1]. В патенте US 3660031 (Holcombe Jr. и др.) упоминаются другие способы получения субоксидов бора, например, путем восстановления оксида бора (В2О3) магнием или путем восстановления оксида цинка элементарным бором. Однако каждый из этих известных способов имеет недостатки, которые тормозят возможность применения этого материала в промышленности. Например, при восстановлении В2О3 магнием получают твердый раствор магния и загрязняющие примеси борида магния в субоксиде, тогда как восстановление оксида магния бором дает лишь сравнительно небольшой выход субоксида бора и является весьма неэффективным. В патенте US 3660031 (Holcombe Jr. и др.) раскрывается получение B7O путем восстановления оксида цинка элементарным бором при температурах 1200°C-1500°C. Сообщается, что значение твердости у этого материала под нагрузкой 100 г составляет 38,2 ГПа, а плотность - 2,6 г·см-3. Трещиностойкость (вязкость разрушения) этого материала не рассматривается.Several technologies are used to obtain boron suboxide, and they include methods such as the interaction of elemental boron (B) with boron oxide (B 2 O 3 ) under conditions of sufficiently high pressure and high temperature [1]. US 3660031 (Holcombe Jr. et al.) Mentions other methods for producing boron suboxides, for example, by reducing boron oxide (B 2 O 3 ) with magnesium or by reducing zinc oxide with elemental boron. However, each of these known methods has disadvantages that inhibit the possibility of using this material in industry. For example, in the reduction of B 2 O 3 with magnesium, a solid solution of magnesium and contaminants of magnesium boride in the suboxide are obtained, while the reduction of magnesium oxide with boron gives only a relatively small yield of boron suboxide and is very ineffective. US Pat. No. 3,660,031 (Holcombe Jr. et al.) Discloses the preparation of B 7 O by reduction of zinc oxide by elemental boron at temperatures of 1200 ° C.-1500 ° C. It is reported that the hardness value of this material under a load of 100 g is 38.2 GPa, and the density is 2.6 g · cm -3 . Crack resistance (fracture toughness) of this material is not considered.
Petrak и др. [3] исследовали механические и химические характеристики B6O горячего прессования и представили значения микротвердости 34-38 ГПа. В патенте US 5330937 (Ellison-Hayashi и др.) раскрывается получение В6О с добавлением магния (приблизительно 6%), что дало средние значения твердости по Кнупу (англ. KHN100) 34-36 ГПа.Petrak et al. [3] investigated the mechanical and chemical characteristics of hot pressed B 6 O and presented microhardness values of 34–38 GPa. US Pat. No. 5,330,937 (Ellison-Hayashi et al.) Discloses the preparation of B 6 O with the addition of magnesium (approximately 6%), which yields average Knoop hardnesses of KHN 100 of 34-36 GPa.
Сделаны попытки улучшить механические свойства В6О, в первую очередь его трещиностойкость, путем создания композитов на основе В6О с другими твердыми материалами, такими как алмаз [4], карбид бора [5], и кНБ (кубический нитрид бора, англ. cBN) [6]. Композиты, содержащие алмаз и кНБ, создавали в условиях очень высокой температуры и давления. Цель заключалась в создании псевдобинарных систем композитов, более прочных на межзеренных границах (на границах зерен), чем системы из чистого B6O. Даже если для композитов регистрировали высокие значения твердости (HV - примерно 46 ГПа), значения трещиностойкости снова не превышали 1,8 МПа·м0,5. При этом наилучшее значение получили с композитами В6О-кНБ.Attempts have been made to improve the mechanical properties of В 6 О, primarily its crack resistance, by creating composites based on В 6 О with other solid materials, such as diamond [4], boron carbide [5], and CBN (cubic boron nitride, Eng. cBN) [6]. Composites containing diamond and CBN were created under conditions of very high temperature and pressure. The goal was to create pseudobinary systems of composites that are more durable at grain boundaries (at grain boundaries) than systems made of pure B 6 O. Even if high hardness values were recorded for composites (H V - about 46 GPa), the crack resistance did not exceed 1 again 8 MPa · m 0.5 . In this case, the best value was obtained with composites В 6 О-кНБ.
В WO 2007/029102 и [7] (Shabalala и др.) раскрывается создание композитов на основе В6О с соединениями алюминия, что привело к образованию на межзеренной границе фазы бората алюминия. Трещиностойкость составила примерно 3,5 МПа·м0,5 при соответствующей твердости 29,3 ГПа. Фазы алюминия, присутствующие в композите, являются мягкими и, хотя они могут повысить трещиностойкость полученного композита, они не способствуют повышению твердости композита в целом. Кроме того, помимо кристаллического бората алюминия имело место образование химически нестойкой аморфной фазы, богатой оксидом бора, а также микропористости, что в дальнейшем приводит к уменьшению твердости [10, 11]. Способ получения композита включает покрытие частиц субоксида бора металлом и спекание этих металлизированных частиц. Единственный действующий пример в описании изобретения относится ко второй фазе или фазе бората алюминия в качестве связующего.WO 2007/029102 and [7] (Shabalala et al.) Disclose the creation of composites based on B 6 O with aluminum compounds, which led to the formation of an aluminum borate phase at the grain boundary. The crack resistance was approximately 3.5 MPa · m 0.5 with a corresponding hardness of 29.3 GPa. The aluminum phases present in the composite are soft and, although they can increase the crack resistance of the resulting composite, they do not contribute to an increase in the hardness of the composite as a whole. In addition, in addition to crystalline aluminum borate, a chemically unstable amorphous phase rich in boron oxide and microporosity was formed, which subsequently leads to a decrease in hardness [10, 11]. A method for producing a composite includes coating boron suboxide particles with a metal and sintering these metallized particles. The only valid example in the description of the invention relates to a second phase or phase of aluminum borate as a binder.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В соответствии с настоящим изобретением предлагается композиционный материал на основе субоксида бора, включающий субоксид бора и вторую фазу, в котором вторая фаза содержит борид.In accordance with the present invention, there is provided a composite material based on boron suboxide, comprising boron suboxide and a second phase in which the second phase contains boride.
В данном описании понятие "вторая фаза" обозначает все, что включает композиционный материал, кроме субоксида бора, причем она может быть полностью или частично кристаллической или аморфной и может включать две и более термодинамические фазы.In this description, the term "second phase" means everything that includes a composite material, except boron suboxide, moreover, it can be fully or partially crystalline or amorphous and may include two or more thermodynamic phases.
Кроме того, при любом упоминании "борида" подразумевается моноборид, диборид и любой другой вид борида.In addition, any reference to "boride" means monoboride, diboride and any other type of boride.
Борид может быть выбран из группы, включающей бориды переходных металлов четвертой - восьмой групп периодической системы элементов. В частности, борид может быть выбран из группы, включающей бориды железа, кобальта, никеля, титана, вольфрама, гафния, тантала, циркония, рения, молибдена и хрома.Boride can be selected from the group comprising transition metal borides of the fourth to eighth groups of the periodic system of elements. In particular, the boride may be selected from the group consisting of borides of iron, cobalt, nickel, titanium, tungsten, hafnium, tantalum, zirconium, rhenium, molybdenum and chromium.
Это может быть также борид металла платиновой группы, предпочтительно, борид палладия.It may also be a platinum group metal boride, preferably palladium boride.
Количество борида, присутствующего в композиционном материале, изменяется в зависимости от характера борида и требуемых характеристик композита. Что касается твердых боридов, таких как ZrB2, HfB2, W2B5 (этот борид имеет область однородности, которая включает WB2), Mo2B5, CrB2, TiB2, ReB2, TaB2 и NbB2, то борид обычно присутствует в количестве до 50 об.% композита. Что касается более мягких боридов, таких как бориды никеля, кобальта, железа, марганца, палладия и платины, то борид присутствует предпочтительно в количестве до 10 об.% композита.The amount of boride present in the composite material varies depending on the nature of the boride and the required characteristics of the composite. As for solid borides, such as ZrB 2 , HfB 2 , W 2 B 5 (this boride has a uniformity region that includes WB 2 ), Mo 2 B 5 , CrB 2 , TiB 2 , ReB 2 , TaB 2 and NbB 2 , then boride is usually present in an amount up to 50% by volume of the composite. As for softer borides, such as borides of nickel, cobalt, iron, manganese, palladium and platinum, the boride is preferably present in an amount up to 10 vol.% Of the composite.
Вторая фаза может также содержать один или несколько оксидов. Это может быть оксид редкоземельного металла и, предпочтительно, оксид редкоземельного металла, выбранный из группы, включающей оксиды скандия, иттрия, что является предпочтительным, и элементов ряда лантаноидов, или это может быть смесь оксидов редкоземельных металлов. Кроме того, это может быть оксид металла из групп IA, IIA, IIIA и IVA периодической системы элементов Менделеева. Предпочтительными оксидами этого вида являются, например, Al2O3, SiO2, MgO, CaO, BaO или SrO. Вторая фаза может содержать смесь этих оксидов.The second phase may also contain one or more oxides. This may be a rare earth metal oxide and, preferably, a rare earth metal oxide selected from the group consisting of scandium, yttrium, which is preferred, and elements of a number of lanthanides, or it may be a mixture of rare earth oxides. In addition, it can be a metal oxide from groups IA, IIA, IIIA and IVA of the periodic system of Mendeleev's elements. Preferred oxides of this type are, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, CaO, BaO or SrO. The second phase may contain a mixture of these oxides.
Субоксид бора может быть в виде (макро)частиц или гранул. Сами частицы или гранулы субоксида бора в среднем предпочтительно являются мелкими и могут иметь размер в пределах от 100 нм до 100 мкм, предпочтительно от 100 нм до 10 мкм.Boron suboxide may be in the form of (macro) particles or granules. The boron suboxide particles or granules themselves are on average preferably small and can have a size in the range of 100 nm to 100 μm, preferably 100 nm to 10 μm.
Мелкозернистый субоксид бора может быть получен, например, путем размалывания материала, являющегося источником субоксида бора. Если размалывание осуществляется в присутствии мелющего средства, содержащего железо или кобальт, то некоторое количество железа и (или) кобальта вводится в спекаемый материал. Что касается материала, не содержащего железа, то размолотый порошок можно промыть соляной кислотой или же размалывание можно осуществлять с использованием баков из оксида алюминия и мелющих шаров. Установлено, что для удаления некоторого избытка В2О3 или Н3ВО3 лучше промывать размолотый порошок в теплой воде или спиртах.Fine-grained boron suboxide can be obtained, for example, by grinding the material that is the source of boron suboxide. If grinding is carried out in the presence of a grinding agent containing iron or cobalt, then a certain amount of iron and (or) cobalt is introduced into the sintered material. As for the iron-free material, the milled powder can be washed with hydrochloric acid or the milling can be carried out using aluminum oxide tanks and grinding balls. It was found that to remove some excess of B 2 O 3 or H 3 BO 3, it is better to rinse the milled powder in warm water or alcohols.
Композиционный материал, предлагаемый в изобретении, включает субоксид бора обычно в виде частиц или гранул и вторую фазу в связанном, когерентном виде. Содержание второй фазы в объемных процентах предпочтительно меньше, чем содержание субоксида бора, и она равномерно распределена в субоксиде бора. Вторая фаза может быть аморфной или частично кристаллической.The composite material of the invention includes boron suboxide, usually in the form of particles or granules, and a second phase in a bound, coherent form. The content of the second phase in volume percent is preferably less than the content of boron suboxide, and it is evenly distributed in boron suboxide. The second phase may be amorphous or partially crystalline.
В изобретении предлагается композиционный материал, содержащий субоксид бора и борид и имеющий как высокую трещиностойкость, так и высокую твердость. В частности, этот композиционный материал обычно имеет трещиностойкость более 3,5 МПа·м0,5 в сочетании с твердостью по Виккерсу (HV) более 25 ГПа. Трещиностойкость этого композита предпочтительно составляет более 3,5 МПа·м0,5, а более предпочтительно - по меньшей мере 4,0 МПа·м0,5 и еще более предпочтительно - по меньшей мере 5,0 МПа·м0,5. Трещиностойкость (KIC), о которой здесь говорится, измеряли при вдавливании индентора обычно с нагрузкой 5 кг. Для определения характеристик образцов B6O, рассмотренных ниже, использовали среднее значение из пяти, полученных при измерениях. KIC определяли методом DCM с помощью уравнения Анстиса (Anstis) [8]:The invention provides a composite material containing boron suboxide and boride and having both high crack resistance and high hardness. In particular, this composite material typically has a crack resistance of more than 3.5 MPa · m 0.5 in combination with a Vickers hardness (H V ) of more than 25 GPa. The crack resistance of this composite is preferably more than 3.5 MPa · m 0.5 , and more preferably at least 4.0 MPa · m 0.5, and even more preferably at least 5.0 MPa · m 0.5 . The crack resistance (K IC ) referred to herein was measured with an indenter indented, typically with a load of 5 kg. To determine the characteristics of the samples B 6 O, discussed below, used the average of five obtained from the measurements. K IC was determined by DCM using the Anstis equation [8]:
где Е - модуль Юнга (модуль упругости), Н - твердость, а δ - константа, которая зависит только от геометрии индентора. В этом уравнении для модуля Юнга использовали значение 470 ГПа. Для стандартного алмазного пирамидального индентора для определения твердости по Виккерсу Анстис и др. задали значение δ=0,016±0,004 в качестве калибровочной постоянной, которое использовалось также для этих измерений.where E is Young's modulus (elastic modulus), H is hardness, and δ is a constant that depends only on the indenter geometry. For this Young's modulus, 470 GPa was used. For a standard diamond pyramidal indenter, Vickers Anstis et al. Set the value δ = 0.016 ± 0.004 as the calibration constant, which was also used for these measurements.
Твердость композиционного материала предпочтительно составляет более 25 ГПа и более предпочтительно - по меньшей мере 30 ГПа. Твердость по Виккерсу измеряли, прикладывая при вдавливании нагрузку 5 кг. Среднее значение из пяти измеренных значений твердости использовали для определения характеристик образцов композита на основе B6O.The hardness of the composite material is preferably more than 25 GPa and more preferably at least 30 GPa. Vickers hardness was measured by applying a 5 kg load when pressed. The average of the five measured hardness values was used to characterize the samples of the composite based on B 6 O.
На фиг.1 показаны предпочтительные нижние пороговые величины в области значений твердости и трещиностойкости композиционных материалов, предлагаемых в настоящем изобретении, в сравнении с известными материалами на основе субоксида бора. Предполагается, что повышенная трещиностойкость этих видов композитов может быть обусловлена многими различными факторами, такими как изменение направления трещины вследствие создания внутренних напряжений, механизм остановки (блокировки) трещины, имеющий место в образовавшихся вторых фазах, и изменения в характере состава и свойств на границах между частицами В6О. Кроме того, установлено, что фактическое уплотнение композиционного материала во время производства улучшается при использовании второй фазы, которая содержит оксид редкоземельного металла, один или в смеси с другим оксидом или боридом. Уплотнение может составить свыше 95% теоретической плотности. В частности, достигнуто уплотнение, составляющее 98%-99%. Если во второй фазе присутствует оксид, то уплотнение может быть обеспечено в более мягких условиях температуры и давления.Figure 1 shows the preferred lower threshold values in the range of hardness and crack resistance of the composite materials proposed in the present invention, in comparison with the known materials based on boron suboxide. It is assumed that the increased crack resistance of these types of composites can be due to many different factors, such as a change in the direction of the crack due to internal stresses, a mechanism for stopping (blocking) the crack that occurs in the formed second phases, and changes in the nature of the composition and properties at the boundaries between particles 6 A. In addition, it was found that the actual sealing of the composite material during manufacture is improved by using a second phase which comprises an oxide ed ozemelnogo metal, alone or in admixture with other oxide or boride. Compaction can be over 95% of theoretical density. In particular, compaction of 98% -99% has been achieved. If oxide is present in the second phase, compaction can be achieved under milder temperature and pressure conditions.
Добавление оксида химически стабилизирует аморфную межзеренную границу и повышает износостойкость композита. Такая аморфная межзеренная граница образуется в результате реакции между оксидом и В2О3 во время жидкой фазы уплотнения. Вместе они образуют жидкую фазу оксида, которая во время охлаждения превращается в стеклофазу (т.е. оксидную аморфную межзеренную границу). Для повышения износостойкости материала, его химической стойкости и стойкости к высоким температурам предпочтительным является низкое содержание В2О3 на межзеренной границе. Мольное отношение В2О3/(В2О3 + другие оксиды) предпочтительно составляет менее 60, более предпочтительно - менее 30, а еще более предпочтительно - менее 20.The addition of oxide chemically stabilizes the amorphous grain boundary and increases the wear resistance of the composite. Such an amorphous grain boundary is formed as a result of the reaction between the oxide and B 2 O 3 during the liquid compaction phase. Together, they form a liquid oxide phase, which during cooling turns into a glass phase (i.e., an amorphous oxide grain boundary). To increase the wear resistance of the material, its chemical resistance and resistance to high temperatures, a low content of B 2 O 3 at the grain boundary is preferable. The molar ratio of B 2 O 3 / (B 2 O 3 + other oxides) is preferably less than 60, more preferably less than 30, and even more preferably less than 20.
Композиционный материал, предлагаемый в изобретении, может быть создан путем осуществления следующих шагов: обеспечение источника частиц или гранул субоксида бора; контактирование источника субоксида бора с боридом или соединением, способным к образованию борида, для создания реагирующей массы и спекание реагирующей массы до получения композиционного материала на основе субоксида бора. Этот способ представляет собой вторую особенность изобретения.The composite material proposed in the invention can be created by the following steps: providing a source of particles or granules of boron suboxide; contacting the source of boron suboxide with boride or a compound capable of forming boride to create a reactive mass and sintering the reactive mass to obtain a composite material based on boron suboxide. This method is a second feature of the invention.
Спекание происходит предпочтительно при сравнительно низкой температуре и под низким давлением, т.е. под давлением менее 200 МПа и при температуре, не превышающей 1950°C. Предпочтительно используются способы спекания под низким давлением, такие как горячее прессование (ГП), газовое спекание под давлением, изостатическое горячее прессование (ИГП) или искровое плазменное спекание (ИПС). Способ ИПС характеризуется очень быстрым нагревом и короткими периодами выдержки в изотермических условиях, в частности скоростью нагрева 50-400 градусов Кельвина/мин и временем выдержки в изотермических условиях не более 5 минут. Способ горячего прессования характеризуется скоростью нагрева 10-20 градусов Кельвина/мин и временем выдержки в изотермических условиях примерно 15-25 минут, как правило 20 минут.Sintering preferably takes place at a relatively low temperature and under low pressure, i.e. at a pressure of less than 200 MPa and at a temperature not exceeding 1950 ° C. Preferably, low pressure sintering methods are used, such as hot pressing (GP), gas sintering under pressure, isostatic hot pressing (IGP), or spark plasma sintering (IPS). The IPS method is characterized by very fast heating and short exposure periods in isothermal conditions, in particular, a heating rate of 50-400 degrees Kelvin / min and exposure time in isothermal conditions of not more than 5 minutes. The hot pressing method is characterized by a heating rate of 10-20 degrees Kelvin / min and a holding time in isothermal conditions of about 15-25 minutes, usually 20 minutes.
Перед спеканием субоксид бора можно смешивать с компонентами, необходимыми для получения второй фазы. Или же перед спеканием субоксид бора можно покрывать компонентами второй фазы.Before sintering, boron suboxide can be mixed with the components necessary to obtain a second phase. Or, before sintering, boron suboxide can be coated with components of the second phase.
При контактировании с субоксидом бора и последующем спекании компонент для второй фазы может быть в виде борида. Или же этот компонент может быть в виде оксида или в другом подходящем виде, который в процессе спекания превращается в борид.Upon contact with boron suboxide and subsequent sintering, the component for the second phase may be in the form of boride. Or, this component may be in the form of oxide or in another suitable form, which during sintering is converted into boride.
Субоксид бора для предварительно спеченной реагирующей массы обычно используется в виде частиц или гранул и предпочтительно имеет средний размер зерен в пределах от 100 нм до 20 микрон, а более предпочтительно - в пределах от 100 нм до 10 микрон.Boron suboxide for pre-sintered reaction mass is usually used in the form of particles or granules and preferably has an average grain size in the range from 100 nm to 20 microns, and more preferably in the range from 100 nm to 10 microns.
Предлагаемый в изобретении композиционный материал может применяться при отрезных работах и в деталях, подверженных износу. Кроме того, его можно измельчать до образования мелких твердых частиц и использовать при абразивных работах. Более того, этот композит можно использовать для покрытия броней/защит, например, защищающих от поражения огнестрельным оружием и, в частности, для бронежилетов.The composite material proposed in the invention can be used in cutting work and in parts subject to wear. In addition, it can be crushed to the formation of small solid particles and used in abrasive work. Moreover, this composite can be used for coating armor / defenses, for example, protecting against damage by firearms and, in particular, for body armor.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:Below the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show:
фиг.1 - график, на котором представлены сравнительные значения твердости и трещиностойкости для композитов на основе B6O, предлагаемых в данном изобретении, и известных материалов подобного типа;figure 1 is a graph showing comparative values of hardness and crack resistance for composites based on B 6 O proposed in this invention, and known materials of this type;
фиг.2 - изображение спеченного композита, созданного на основе В6О с добавками 10 мас.% TiB2, 2,0 мас.% Al2O3 и 2,0 мас.% Y2O3, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (пример 5);figure 2 - image of the sintered composite, created on the basis of B 6 About with the addition of 10 wt.% TiB 2 , 2.0 wt.% Al 2 O 3 and 2.0 wt.% Y 2 O 3 obtained using scanning electron a microscope (example 5);
фиг.3 - изображение спеченного композита, созданного на основе B6O с добавками 4 мас.% WO3, 2,0 мас.% Al2O3, полученное с помощью СЭМ и показывающее выделившуюся W2B5 фазу (фаза белого цвета) с размером частиц в субмикронном диапазоне и частично отшлифованную оксидную межзеренную границу (пример 4);figure 3 - image of a sintered composite based on B 6 O with additives of 4 wt.% WO 3 , 2.0 wt.% Al 2 O 3 obtained by SEM and showing the precipitated W 2 B 5 phase (white phase ) with a particle size in the submicron range and partially polished oxide grain boundary (example 4);
фиг.4 - включает 5 изображений образцов на основе чистого B6O и В6О с добавками, прессованных горячим способом, полученных с помощью СЭМ (фазы белого цвета - Pd2B, а фазы серого цвета - B6O; темные пятна - остаточные поры).figure 4 - includes 5 images of samples based on pure B 6 O and B 6 O with additives, hot pressed, obtained using SEM (white phase - Pd 2 B, and gray phase - B 6 O; dark spots - residual pores).
Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of Embodiments
Далее изобретение демонстрируется с помощью приведенных ниже примеров. Таблица 1 дает общее представление об этих материалах и для сравнения включает их измеренные характеристики твердости и трещиностойкости. В этих примерах используются оба термина: "вторая фаза" и "фаза межзеренной границы". Эти термины являются взаимозаменяемыми и относятся к одной и той же фазе.The invention is further illustrated by the following examples. Table 1 gives an overview of these materials and for comparison includes their measured hardness and fracture toughness characteristics. Both terms are used in these examples: "second phase" and "grain boundary phase". These terms are used interchangeably and refer to the same phase.
В данном описании изобретения термин "вторая фаза" обозначает все, что включает композиционный материал, кроме субоксида бора, причем она может быть полностью или частично кристаллической или аморфной и может включать две и более термодинамические фазы.In this description of the invention, the term "second phase" means everything that includes a composite material, except boron suboxide, which may be fully or partially crystalline or amorphous and may include two or more thermodynamic phases.
Пример 1Example 1
Исходный порошок В6О размалывали с помощью струйной мельницы. Средний размер частиц после размалывания составлял 2,3 мкм. В размолотый порошок В6О добавляли 2 мас.% Al2O3 (включая износ шаров из оксида алюминия), 2 мас.% Y2O3, 2 мас.% ZrO2 (т.е. TZP, стабилизированный с помощью 3 молей оксида иттрия) и 0,53 мас.% MgO в изопропаноле и размалывали в течение шести часов с помощью атриторной мельницы с шарами из Al2O3. Второй образец приготавливали без добавления Y2O3. Размолотую смесь высушивали с помощью роторного испарителя, а затем помещали в графитовую пресс-форму (матрицу) с покрытием из гексагонального НБ и спекали в среде аргона с применением способа ИПС при скорости нагрева 50°К/мин и времени выдержки 5 минут.The starting powder B 6 O was milled using a jet mill. The average particle size after grinding was 2.3 μm. The milled powder B 6 O was added 2 wt.% Al 2 O 3 (including wear of alumina balls), 2 wt.% Y 2 O 3, 2 wt.% ZrO 2 (i.e. TZP, stabilized with 3 moles of yttrium oxide) and 0.53 wt.% MgO in isopropanol and grind for six hours using an attritor mill with balls of Al 2 O 3 . A second sample was prepared without the addition of Y 2 O 3 . The milled mixture was dried using a rotary evaporator, and then placed in a graphite mold (matrix) coated with hexagonal NB and sintered in argon using the IPA method at a heating rate of 50 ° K / min and a holding time of 5 minutes.
Получали полностью уплотненный композит, включающий частицы субоксида бора, в котором равномерно распределена вторая фаза. В образце, содержащем Y2O3, наряду с аморфной межзеренной границей, образовались бориды ZrB2 и ZrB12. В образце без добавления Y2O3 при рентгенографии обнаружили дополнительную кристаллическую фазу, содержащую Al18B4O33. MgO вместе с остаточным В2О3 и небольшим количеством Al2O3 образовал аморфную фазу межзеренной границы. Такая аморфная фаза межзеренной границы является более устойчивой, чем та, которая образуется только с Al2O3 (Shabalala). Типичная особенность, состоящая в образовании микропор, не наблюдалась, в результате чего значения твердости были выше. ZrO2 превращается в ZrB2 и частично ZrB12. Следует упомянуть, что максимальные значения для ZrB12 по сравнению со стандартными значениями немного изменяются, это указывает на то, что в решетке может быть растворена часть иттрия или алюминия.Received a fully compacted composite, including particles of boron suboxide, in which the second phase is evenly distributed. In the sample containing Y 2 O 3 , along with an amorphous grain boundary, borides ZrB 2 and ZrB 12 were formed . In the sample without the addition of Y 2 O 3 , an additional crystalline phase containing Al 18 B 4 O 33 was detected by X-ray diffraction. MgO together with residual B 2 O 3 and a small amount of Al 2 O 3 formed an amorphous phase of the intergranular boundary. Such an amorphous phase of the intergrain boundary is more stable than that formed only with Al 2 O 3 (Shabalala). A typical feature consisting in the formation of micropores was not observed, as a result of which the hardness values were higher. ZrO 2 is converted to ZrB 2 and partially ZrB 12 . It should be mentioned that the maximum values for ZrB 12 are slightly different compared to the standard values, this indicates that a part of yttrium or aluminum can be dissolved in the lattice.
Поверхность поперечного сечения образца шлифовали, а затем с использованием индентора Виккерса испытывали на твердость и трещиностойкость. Твердость под нагрузкой 0,4 кг составила примерно 36,9 ГПа, а трещиностойкость - примерно 4 МПа·м0,5.The cross-sectional surface of the sample was ground, and then, using a Vickers indenter, they were tested for hardness and crack resistance. The hardness under a load of 0.4 kg was approximately 36.9 GPa, and the crack resistance was approximately 4 MPa · m 0.5 .
Примеры 2-4Examples 2-4
Композиты на основе субоксида бора получали в тех же условиях, какие изложены в примере 7, но заменяя ZrO2 на HfO2, WO3 и TiB2 соответственно в соотношениях, указанных в таблице 1. Уплотнение осуществляли при температуре 1850°C и 1900°C. При температуре 1850°C наблюдали плотность 96-98%. При температуре 1900°C наблюдали плотность более 98%. В примере 8 такую же плотность наблюдали как при первой, так и при второй температуре, это указывает на то, что при добавлении ZrO2 характеристика уплотнения несколько лучше, чем при добавлении HfO2 или WO3.Boron suboxide composites were prepared under the same conditions as described in Example 7, but replacing ZrO 2 with HfO 2 , WO 3, and TiB 2, respectively, in the ratios indicated in Table 1. Compaction was carried out at a temperature of 1850 ° C and 1900 ° C . At a temperature of 1850 ° C, a density of 96-98% was observed. At a temperature of 1900 ° C, a density of more than 98% was observed. In Example 8, the same density was observed both at the first and at the second temperature, this indicates that when ZrO 2 is added, the compaction characteristic is slightly better than when HfO 2 or WO 3 is added.
В этих образцах образовалось также некоторое количество Al18B4O33 и борид. Образование микропористости, как в WO 2007/029102 (Shabalala и др. и [9]), не происходило, что указывает на повышение устойчивости фазы межзеренной границы. Кроме фазы оксида, во всех примерах образовались также бориды (HfB2, W2B5, который представляет собой композицию с областью однородности, а также иногда обозначается как WB2 - используются как W2B5, так и WB2, так как подробное определение постоянных (параметров) решетки не проводили).A certain amount of Al 18 B 4 O 33 and boride were also formed in these samples. The formation of microporosity, as in WO 2007/029102 (Shabalala et al. And [9]), did not occur, which indicates an increase in the stability of the phase of the grain boundary. In addition to the oxide phase, borides were also formed in all examples (HfB 2 , W 2 B 5 , which is a composition with a region of uniformity, and is also sometimes referred to as WB 2 - both W 2 B 5 and WB 2 are used , since the detailed determination of lattice constants (parameters) was not performed).
Примеры 5-7Examples 5-7
Композиты на основе субоксида бора получали в тех же условиях, какие изложены в примере 1, но смешивая размолотый порошок с 10% TiB2 в примере 5 или 5% TiH2 и 2% Al2O3 (включая износ шаров из оксида алюминия во время размалывания) в примере 6. Композит в примере 7 получали путем прямого реакционного спекания, используя В (бор) и TiO2 как исходные материалы.Boron suboxide composites were prepared under the same conditions as those described in Example 1, but by mixing the milled powder with 10% TiB 2 in Example 5 or 5% TiH 2 and 2% Al 2 O 3 (including wear of aluminum oxide balls during grinding) in example 6. The composite in example 7 was obtained by direct reaction sintering, using B (boron) and TiO 2 as starting materials.
Материалы, плотность, составы фаз и характеристики указаны в таблице 1. Эти данные показали, что добавление Y2O3/Al2O3 значительно усиливает уплотнение. Уплотнение композиций с добавками может быть завершено при температуре 1850°C, тогда как уплотнение беспримесных порошков B6O при этой температуре возможно лишь до 95% теоретической плотности. Такая же плотность, как в случае беспримесного материала, может быть достигнута при температурах на 50-100°C ниже. Быстрое уплотнение материала с добавками Y2O3/Al2O3 начинается при температуре 1350-1370°C, тогда как уплотнение беспримесного материала начинается только при 1450°C. Микроструктуры материалов с добавкой Y2O3/Al2O3 показывают наличие такой жидкости, так как кристаллические фазы межзеренной границы (вторая фаза) не обнаружены. Изображения, полученные на сканирующем электронном микроскопе, показывают однородное распределение добавок Y2O3/Al2O3 в тройных (трехрядных) соединениях. Размер зерен материала определить невозможно, но по микрофотографиям, полученным на СЭМ, можно сделать вывод, что размер зерен не превышает 1 мкм, т.е. рост зерен не происходит.The materials, density, phase compositions and characteristics are shown in Table 1. These data showed that the addition of Y 2 O 3 / Al 2 O 3 significantly enhances the compaction. Compaction of additive compositions can be completed at a temperature of 1850 ° C, while compaction of pure B 6 O powders at this temperature is possible only up to 95% of the theoretical density. The same density as in the case of pure material can be achieved at temperatures 50-100 ° C lower. Rapid compaction of the material with additives Y 2 O 3 / Al 2 O 3 begins at a temperature of 1350-1370 ° C, while compaction of pure material begins only at 1450 ° C. The microstructures of materials with the addition of Y 2 O 3 / Al 2 O 3 show the presence of such a liquid, since crystalline phases of the grain boundary (second phase) were not detected. Images obtained with a scanning electron microscope show a uniform distribution of Y 2 O 3 / Al 2 O 3 additives in ternary (three-row) compounds. The grain size of the material cannot be determined, but from microphotographs obtained by SEM, we can conclude that the grain size does not exceed 1 μm, i.e. grain growth does not occur.
Добавление 10 мас.% TiB2 в композицию В6О+Y2O3/Al2O3 не изменяет характеристику уплотнения.Adding 10 wt.% TiB 2 in the composition In 6 About + Y 2 O 3 / Al 2 O 3 does not change the characteristics of the seal.
На фиг.3 изображена микроструктура материала примера 10, показывающая, что размер частицы TiB2 находится в пределах 1-2 мкм и просматривается оксидная межзеренная граница.Figure 3 shows the microstructure of the material of example 10, showing that the particle size of TiB 2 is in the range of 1-2 μm and visible oxide grain boundary.
Микроструктура материала с добавками WO3 (пример 9) изображена на фиг.4. Материал имеет почти 100%-ную плотность и видно образование боридов. Размер частиц выделившихся боридов - менее 1 мкм.The microstructure of the material with additives WO 3 (example 9) is shown in Fig.4. The material has an almost 100% density and the formation of borides is visible. The particle size of the released borides is less than 1 micron.
Эти данные доказывают возможность создания плотных сверхтвердых материалов на основе В6О без высокого давления. Более сильное уплотнение этих материалов по сравнению с беспримесным B6O связано с образованием жидкой фазы во время уплотнения.These data prove the possibility of creating dense superhard materials based on В 6 О without high pressure. A stronger compaction of these materials compared to pure B 6 O is associated with the formation of a liquid phase during compaction.
Примеры 8-11Examples 8-11
Порошок B6O получали путем синтеза из борной кислоты и аморфного порошка бора описанным в литературе способом. Средний размер частиц синтезированного порошка составлял 1-2 мкм. В качестве источника для осаждения Pd на порошок B6O использовали PdCl2. PdCl2 (в массе, соответствующей 2 или 5 об.% Pd) растворяли в 1 М HCl и добавляли порошок B6O. Эту смесь перемешивали и высушивали с помощью роторного испарителя. Высушенные порошки Pd/B6O загружали в ванну из оксида алюминия и помещали в трубчатую печь. Печь прогревали до 400°C в течение 1 часа до разложения PdCl2 с образованием Pd. Печь охлаждали до температуры помещения.B 6 O powder was obtained by synthesis from boric acid and an amorphous boron powder as described in the literature. The average particle size of the synthesized powder was 1-2 μm. PdCl 2 was used as a source for the deposition of Pd on B 6 O powder. PdCl 2 (in a mass corresponding to 2 or 5 vol.% Pd) was dissolved in 1 M HCl and B 6 O powder was added. This mixture was stirred and dried using a rotary evaporator. Dried Pd / B 6 O powders were loaded into an aluminum oxide bath and placed in a tube furnace. The furnace was heated to 400 ° C for 1 hour before the decomposition of PdCl 2 with the formation of Pd. The furnace was cooled to room temperature.
Для всех экспериментов с горячим прессованием использовали одноосевой пресс для горячего прессования. Горячее прессование осуществляли в среде аргона. Для горячего прессования применяли плунжер из гНБ (гексагонального нитрида бора, англ. - hBN) и графитовую пресс-форму со вставкой из гНБ. Получали образцы диаметром 18 мм и высотой 3-4 мм. Порошки Pd/B6O подвергали горячему прессованию при температурах до 1900°C и под давлением 50 МПа. Параметры состава и уплотнения образцов приведены в таблице 1. Фиг.4 включает 5 изображений образцов, полученных горячим прессованием чистого В6О и В6О с добавками, полученных на СЭМ.For all hot pressing experiments, a single axis hot pressing press was used. Hot pressing was carried out in an argon medium. For hot pressing, a plunger made of HDD was used (hexagonal boron nitride, English - hBN) and a graphite mold with an insert from HDD. Samples were obtained with a diameter of 18 mm and a height of 3-4 mm. Pd / B 6 O powders were hot pressed at temperatures up to 1900 ° C and under a pressure of 50 MPa. The composition and compaction parameters of the samples are shown in table 1. Figure 4 includes 5 images of samples obtained by hot pressing of pure B 6 O and B 6 O with additives obtained by SEM.
В6О с добавкой 5 об.% Pd сначала в течение 30 минут подвергали горячему прессованию при 1600°C под давлением 50 МПа. Этот образец (16B6O5Pd) имел открытую пористость 26,7% и плотность 1,75 г/см3. На изображении, полученном на СЭМ, была четко видна высокая пористость. Измерения для определения механических свойств не проводились из-за очень низкой плотности. Плотность, полученная для образца горячего прессования при 1900°C (19B6O5Pd), достигала теоретической плотности. Кроме того, наблюдали рост зерен.In 6 O with the addition of 5 vol.% Pd, they were first hot pressed at 1600 ° C under a pressure of 50 MPa for 30 minutes. This sample (16B 6 O5Pd) had an open porosity of 26.7% and a density of 1.75 g / cm 3 . The SEM image clearly showed high porosity. Measurements to determine the mechanical properties were not performed due to the very low density. The density obtained for the hot-pressing sample at 1900 ° C (19B 6 O5Pd) reached a theoretical density. In addition, grain growth was observed.
Анализ фаз показал, что фаза межзеренной границы (вторая фаза) образована, главным образом, Pd2B. Такую же фазу, образованную боридом, наблюдали во всех других образцах, полученных горячим прессованием Pd/В6О. У образца, полученного горячим прессованием Pd/B6O при температуре 1900°C, была отмечена твердость 22,5 ГПа, которая намного ниже твердости чистого В6О. Однако была достигнута очень высокая трещиностойкость (13,5 МПа·м0,5).The phase analysis showed that the phase of the grain boundary (second phase) is mainly formed by Pd 2 B. The same phase formed by boride was observed in all other samples obtained by hot pressing of Pd / B 6 O. In the sample obtained by hot pressing of Pd / B 6 O at a temperature of 1900 ° C, a hardness of 22.5 GPa was noted, which is much lower than the hardness of pure B 6 O. However, a very high crack resistance (13.5 MPa · m 0.5 ) was achieved.
Вследствие усиления роста зерен при добавке 2 об.% Pd уменьшали температуру спекания. При спекании в течение 20 минут при температуре 1750°C также не получили совершенно плотный образец, но этот образец был лучше образца с добавкой 5 об.% Pd, спеченного при 1600°С (см. таблицу 1). На изображении, полученном с помощью СЭМ, четко просматривалась высокая пористость (7,3%). В результате горячего прессования при 1800°C получили почти полностью уплотненный материал. У этого образца была отмечена твердость Hv5, равная 28 ГПа, и трещиностойкость 5,1 МПа·м0,5. Эти значения были выше значений, полученных у образца 175B6O2Pd, спеченного при температуре 1750°C.Due to the enhanced grain growth with the addition of 2 vol.% Pd, the sintering temperature was reduced. When sintering for 20 minutes at a temperature of 1750 ° C, a completely dense sample was also not obtained, but this sample was better than the sample with the addition of 5 vol.% Pd sintered at 1600 ° C (see table 1). The SEM image clearly showed high porosity (7.3%). As a result of hot pressing at 1800 ° C, an almost completely compacted material was obtained. This specimen had a hardness of
Значения плотности этих материалов показали, что уплотнение происходит в диапазоне температур 1750°C-1900°C. Оба образца, уплотненные при 1750°C и 1900°C, продемонстрировали некоторую остаточную пористость. Во время уплотнения образование Pd2B имело место даже при такой низкой температуре спекания, как 1600°C. Это доказывает, что Pd вступает в реакцию с B6O, образуя жидкую фазу, содержащую бор (температура размягчения Pd2B - 994°C). Тем не менее уплотнение происходит только при температурах выше 1600-1700°C. Изображения образцов, полученные с помощью СЭМ, показали, что причиной этого по меньшей мере при низких температурах может быть недостаточное смачивание. Сильный рост зерен при температурах горячего прессования (1800°C-1900°C) подтверждает, что по меньшей мере при высоких температурах B6O растворяется в образовавшейся жидкости, что способствует спеканию, так как примерно на 100°C снижает температуру, при которой могут быть приготовлены плотные образцы. Во время охлаждения образовавшаяся жидкость рекристаллизовывалась, образуя на межзеренных границах Pd2B, как видно на рентгенограммах.The density values of these materials showed that compaction occurs in the temperature range 1750 ° C-1900 ° C. Both samples, densified at 1750 ° C and 1900 ° C, showed some residual porosity. During compaction, the formation of Pd 2 B took place even at a sintering temperature as low as 1600 ° C. This proves that Pd reacts with B 6 O to form a liquid phase containing boron (the softening temperature of Pd 2 B is 994 ° C). However, compaction occurs only at temperatures above 1600-1700 ° C. SEM images of the samples showed that insufficient wetting may be the cause of this, at least at low temperatures. The strong grain growth at hot pressing temperatures (1800 ° C-1900 ° C) confirms that at least at high temperatures B 6 O dissolves in the formed liquid, which contributes to sintering, since it reduces the temperature at about 100 ° C at which dense samples to be prepared. During cooling, the resulting liquid recrystallized, forming Pd 2 B at the grain boundaries, as seen in the X-ray diffraction patterns.
Значение твердости, зарегистрированное у образца 19B6O5Pd, было ниже, чем у образца 18B6O2Pd. Уменьшение количества Pd2B и снижение температуры спекания приводило к повышению твердости (Таблица 1). Кроме того, важно отметить, что твердость можно измерять под нагрузкой 5 кг. Значения, представленные для композитов на основе В6О в литературе, получены под нагрузкой максимум 200 г за исключением Shabalala, который представил значения твердости под нагрузкой 0,5 кг и 5 кг.The hardness recorded with
Трещиностойкость, полученная для образца 19B6O5Pd, была очень высокой (13,5 МПа·м0,5). Однако твердость уменьшилась до 22 ГПа. Уменьшение содержания Pd существенно повышает твердость, но одновременно снижает трещиностойкость.The crack resistance obtained for
Примеры 12-22Examples 12-22
Порошок B6O получали путем синтеза из борной кислоты и аморфного порошка бора описанным в литературе способом [7]. Средний размер частиц синтезированного порошка составлял 1-2 мкм. Порошок В6О размалывали в атриторной (фрикционной) мельнице с помощью стальных шаров до получения частиц со средним размером 500 нм. Загрязняющие примеси от стальных шаров удаляли путем промывки соляной кислотой (HCl). Затем вводили добавки Fe и Cr, Fe, FeO, FeB, Ni, NiO, NiB, Cr, CrO3, CrB2 и Со до получения составов, указанных в таблице 1. Для всех экспериментов с горячим прессованием использовали одноосевой пресс для горячего прессования. Горячее прессование осуществляли в среде аргона. Получали образцы диаметром 18 мм и высотой 3-4 мм. Смеси спекали в условиях, указанных в таблице 1. Высокие значения плотности можно было получить при 1850°C.B 6 O powder was obtained by synthesis from boric acid and amorphous boron powder by the method described in the literature [7]. The average particle size of the synthesized powder was 1-2 μm. B 6 O powder was milled in an attritor (friction) mill using steel balls to obtain particles with an average size of 500 nm. Contaminants from steel balls were removed by washing with hydrochloric acid (HCl). Then additives Fe and Cr, Fe, FeO, FeB, Ni, NiO, NiB, Cr, CrO 3 , CrB 2 and Co were added to obtain the compositions indicated in Table 1. For all hot pressing experiments, a single-axis hot pressing was used. Hot pressing was carried out in an argon medium. Samples were obtained with a diameter of 18 mm and a height of 3-4 mm. The mixtures were sintered under the conditions indicated in Table 1. High densities could be obtained at 1850 ° C.
Эти данные доказывают возможность создания плотных сверхтвердых материалов на основе В6О без высокого давления. Присутствующие в полученной керамике фазы, а также полученные путем измерения характеристики приведены в таблице 1. Вторые фазы были равномерно распределены в В6О-матрице. Размер зерен изменялся в пределах от 1 до 5 мкм. В примере 12, кроме В6О, не были обнаружены кристаллические фазы (причиной этого, вероятно, является концентрация ниже предела обнаружения). Независимо от исходного состава (т.е. оксид, металл или борид) при добавлении Fe, Со, Ni и Pd во второй фазе наблюдалось образование борида. Эти бориды в условиях спекания являются жидкими, и такая жидкометаллическая среда ускоряет уплотнение. Во время охлаждения бориды выкристаллизовываются из расплава. Эти бориды не такие твердые, как TiB2, и поэтому рекомендуется минимальное количество этих добавок, предпочтительно в пределах 1-2 об.%. Если, кроме того, в композиции присутствуют устойчивые оксиды, то такие оксиды приводили к образованию отдельного расплава оксидов, который может способствовать повышению ударной вязкости и уплотнению.These data prove the possibility of creating dense superhard materials based on В 6 О without high pressure. The phases present in the obtained ceramics, as well as the characteristics obtained by measurement, are shown in Table 1. The second phases were uniformly distributed in the B 6 O matrix. The grain size ranged from 1 to 5 microns. In Example 12, except for B 6 O, no crystalline phases were detected (the reason for this is probably the concentration below the detection limit). Regardless of the initial composition (i.e., oxide, metal, or boride), the addition of Fe, Co, Ni, and Pd in the second phase resulted in the formation of boride. Under sintering conditions, these borides are liquid, and such a liquid-metal medium accelerates compaction. During cooling, borides crystallize from the melt. These borides are not as solid as TiB 2 , and therefore a minimum amount of these additives is recommended, preferably within 1-2% by volume. If, in addition, stable oxides are present in the composition, then such oxides lead to the formation of a separate oxide melt, which can increase the toughness and compaction.
Claims (22)
обеспечивают источник субоксида бора,
вводят источник субоксида бора в контакт с боридом или соединением, способным к образованию такого борида, для создания реагирующей массы и
спекают реагирующую массу с получением композиционного материала на основе субоксида бора при температуре 1750-1900°C.18. A method of producing a composite material based on boron suboxide according to claims 1-17, comprising the steps of:
provide a source of boron suboxide,
introducing a source of boron suboxide into contact with boride or a compound capable of forming such boride to create a reactive mass and
sintering the reaction mass to obtain a composite material based on boron suboxide at a temperature of 1750-1900 ° C.
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ZA2007/03437 | 2007-04-26 | ||
ZA200703437 | 2007-04-26 | ||
GB0711773.2 | 2007-06-18 | ||
GB0711773A GB0711773D0 (en) | 2007-06-18 | 2007-06-18 | Boron suboxide-based materials |
GB0802949A GB0802949D0 (en) | 2008-02-18 | 2008-02-18 | Boron suboxide composite material |
GB0802949.8 | 2008-02-18 | ||
PCT/IB2008/051592 WO2008132676A2 (en) | 2007-04-26 | 2008-04-24 | Boron suboxide composite materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009143565A RU2009143565A (en) | 2011-06-10 |
RU2484060C2 true RU2484060C2 (en) | 2013-06-10 |
Family
ID=44736166
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009143565/03A RU2484060C2 (en) | 2007-04-26 | 2008-04-24 | Boron suboxide-based composite materials |
RU2009143562/03A RU2484059C2 (en) | 2007-04-26 | 2008-04-24 | Boron suboxide-based composite material |
RU2009143564/03A RU2484058C2 (en) | 2007-04-26 | 2008-04-24 | Boron suboxide-based composite material |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009143562/03A RU2484059C2 (en) | 2007-04-26 | 2008-04-24 | Boron suboxide-based composite material |
RU2009143564/03A RU2484058C2 (en) | 2007-04-26 | 2008-04-24 | Boron suboxide-based composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (3) | RU2484060C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2241495A1 (en) * | 1973-07-13 | 1975-03-21 | Anvar | Boron suboxide prepn - by heating boron and platinum sponge or platinum boride in oxygen |
EP0621327A1 (en) * | 1993-04-21 | 1994-10-26 | Norton Company | Abrasive material and method of removing material from a surface |
RU2151045C1 (en) * | 1996-07-26 | 2000-06-20 | Нортон Компани | Method for making grinding wheels with high permeability |
EP0871562B1 (en) * | 1994-05-13 | 2003-01-15 | Norton Company | Improved superabrasive tool |
US20050022457A1 (en) * | 2003-05-09 | 2005-02-03 | Zheng Chen | Abrasive particles having coatings with tortuous surface topography |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101272986B1 (en) * | 2005-09-07 | 2013-06-10 | 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드 | Boron suboxide composite material |
-
2008
- 2008-04-24 RU RU2009143565/03A patent/RU2484060C2/en not_active IP Right Cessation
- 2008-04-24 RU RU2009143562/03A patent/RU2484059C2/en not_active IP Right Cessation
- 2008-04-24 RU RU2009143564/03A patent/RU2484058C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2241495A1 (en) * | 1973-07-13 | 1975-03-21 | Anvar | Boron suboxide prepn - by heating boron and platinum sponge or platinum boride in oxygen |
EP0621327A1 (en) * | 1993-04-21 | 1994-10-26 | Norton Company | Abrasive material and method of removing material from a surface |
EP0871562B1 (en) * | 1994-05-13 | 2003-01-15 | Norton Company | Improved superabrasive tool |
RU2151045C1 (en) * | 1996-07-26 | 2000-06-20 | Нортон Компани | Method for making grinding wheels with high permeability |
US20050022457A1 (en) * | 2003-05-09 | 2005-02-03 | Zheng Chen | Abrasive particles having coatings with tortuous surface topography |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009143562A (en) | 2011-06-10 |
RU2009143564A (en) | 2011-06-10 |
RU2484059C2 (en) | 2013-06-10 |
RU2009143565A (en) | 2011-06-10 |
RU2484058C2 (en) | 2013-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Fabrication of Machinable Silicon Carbide‐Boron Nitride Ceramic Nanocomposites | |
Zhao et al. | Microstructure and mechanical properties of TiB2–SiC ceramic composites by reactive hot pressing | |
US5298470A (en) | Silicon carbide bodies having high toughness and fracture resistance and method of making same | |
KR910005053B1 (en) | High toughness zro2 sintered body and method of producing the same | |
JP2008537703A (en) | Alumina-boron carbide ceramic and its production and use | |
US7348286B2 (en) | Ceramic composite material and method of its manufacture | |
Zhang et al. | Microstructure characteristics and mechanical properties of TiB/Ti-1.5 Fe-2.25 Mo composites synthesized in situ using SPS process | |
US8426043B2 (en) | Boron suboxide composite materials | |
KR20080061319A (en) | Ceramic material and cutting tools made thereof for toughness demanding operations | |
Kleebe et al. | B6O: A correlation between mechanical properties and microstructure evolution upon Al2O3 addition during hot pressing | |
KR20170127504A (en) | Polycrystalline abrasive structure | |
CN102173822B (en) | Boron suboxide composite material | |
RU2484060C2 (en) | Boron suboxide-based composite materials | |
CN101668716B (en) | Boron suboxide composite materials | |
Shabalala et al. | Hard and tough boron suboxide based composites | |
Mamalis et al. | Peculiarities of the formation of the structure of CMCs based on Al2O3 micropowder and SiC nanopowder in the process of electrosintering | |
CN115259836B (en) | B with fracture toughness and hardness 6 O-diamond composite material and preparation method thereof | |
Hakeem et al. | Method for making an Al 2 O 3—cBN composite | |
JP2840688B2 (en) | Manufacturing method of aluminum oxide sintered body | |
KR100624066B1 (en) | Cutting Tools Consisting of Alumina-Silicon Carbide Composites and Method for Making the Same | |
KR910005427B1 (en) | High-toughness zro2 sintered body and preparation method thereof | |
WO2008132675A2 (en) | Boron suboxide composite material | |
Kommel et al. | Multiphase forming in lightweight composites during SHS reaction | |
KR19990010329A (en) | Silicon nitride cutting tool material | |
Tanaka et al. | Processing and Properties of Ti‐Base Intermetallic Particles Dispersed Tetragonal Zirconia |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140425 |