RU2622276C2 - Ceramic composite and batch for its producing - Google Patents

Ceramic composite and batch for its producing Download PDF

Info

Publication number
RU2622276C2
RU2622276C2 RU2015130944A RU2015130944A RU2622276C2 RU 2622276 C2 RU2622276 C2 RU 2622276C2 RU 2015130944 A RU2015130944 A RU 2015130944A RU 2015130944 A RU2015130944 A RU 2015130944A RU 2622276 C2 RU2622276 C2 RU 2622276C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium
boron
rest
ceramic composite
groups
Prior art date
Application number
RU2015130944A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015130944A (en
Inventor
Владимир Андреевич Щербаков
Александр Николаевич Грядунов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук
Priority to RU2015130944A priority Critical patent/RU2622276C2/en
Publication of RU2015130944A publication Critical patent/RU2015130944A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2622276C2 publication Critical patent/RU2622276C2/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/5805—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
    • C04B35/58064—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/5805—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
    • C04B35/58064—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
    • C04B35/58071—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides based on titanium borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/5805—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
    • C04B35/58064—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
    • C04B35/58078—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides based on zirconium or hafnium borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/14—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the production of ceramic composites based on the refractory metal borides of metals of VI and VI groups of the periodic element table by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), and can be used for the manufacture of cutting tools, refractory and wear-resistant products, targets for the application of composite coatings and other purposes. The ceramic composite contains metal diborides of IV and VI groups of the periodic element table and a refractory boride selected from the group: (TixCr1-x)B2, (ZrxCr1-x)B2, where x=0.5-0.9; (TixWyCrz)B2, (ZrxWyCrz)B2, where x=0.5-0.8, y=0.1-0.4, z=0.1-0.3, x+y+z=l and chromium monoboride (CrB) at the following component ratios (wt %): a refractory boride selected from the group, 40-90, CrB - the rest. The batch for producing a ceramic composite contains metals of groups IV and VI of the periodic element table and boron in the following proportions, wt %: titanium - (14.06-55.49); chromium - (14.98-63.28); boron - the rest or zirconium - (25.61-67.85); chromium - (12.58-56.49); boron - the rest, or titanium - (8.09-41.28); chromium - (12.05-52.18); boron (17.28-25.00); tungsten - the rest, or tungsten - (6.54-45.35); chromium - (11.48-51.31); boron (15.04-18.17); zirconium - the rest.
EFFECT: decreasing the residual porosity and increasing the microhardness.
5 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) керамических композитов на основе тугоплавких боридов, и может быть использовано для изготовления режущего инструмента, тугоплавких и износостойких изделий, мишеней для нанесения композитных покрытий и других целей.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the production of ceramic composites based on refractory borides by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS), and can be used for the manufacture of cutting tools, refractory and wear-resistant products, targets for applying composite coatings and other purposes.

Известен керамический композит, полученный методом СВС с использованием смеси порошков оксида бора, алюминия, титана, циркония, оксида титана и циркония и содержащий в качестве структурных составляющих (Zr, Ti)B2 и Al2O3 [RU №2283207 С2, B22F 3/2, С04В 35/65, С22С 29/00, 10.09.2006].Known ceramic composite obtained by the SHS method using a mixture of powders of boron oxide, aluminum, titanium, zirconium, titanium oxide and zirconium and containing as structural components (Zr, Ti) B 2 and Al 2 O 3 [RU No. 2283207 C2, B22F 3 / 2, С04В 35/65, С22С 29/00, 09/10/2006].

Известен также керамический композит, полученный методом СВС, в котором в качестве исходных компонентов используют порошки оксида титана, углерода, бора, алюминия и циркония с размером частиц 1-100 мкм в соотношениях, взятых на получение целевого продукта, содержащего в качестве структурных составляющих (мас. %): TiB2 - (22-25); TiC - (20-30); (Al2O3-ZrO2) эвт. - (35-44,5); β-(ZrO2) - остальное [RU №2414991 C1, B22F 3/23, B22F 3/20, B22B 3/00. 27.03.2011].Also known is a ceramic composite obtained by the SHS method, in which powders of titanium oxide, carbon, boron, aluminum, and zirconium with a particle size of 1-100 μm are used as starting components in the ratios taken to obtain the target product containing as structural components (wt. .%): TiB 2 - (22-25); TiC - (20-30); (Al 2 O 3 —ZrO 2 ) eut. - (35-44.5); β- (ZrO 2 ) - the rest [RU No. 2414991 C1, B22F 3/23, B22F 3/20, B22B 3/00. 03/27/2011].

В первом случае в результате экзотермической реакции синтеза формируется керамический композит, содержащий керамическую матрицу в виде оксида алюминия и дисперсную фазу - в виде твердого раствора диборидов циркония и титана. Во втором - керамическая матрица формируется в виде эвтектического сплава оксидов циркония и алюминия, а дисперсная фаза состоит из частиц карбида и диборида титана. Известные керамические композиты обладают высокой остаточной пористостью и низкой микротвердостью, которые обусловлены неоднородным распределением частиц дисперсной фазы в керамической матрице из-за плохого смачивания твердых частиц боридов циркония и титана расплавленным оксидом алюминия.In the first case, as a result of an exothermic synthesis reaction, a ceramic composite is formed containing a ceramic matrix in the form of alumina and a dispersed phase in the form of a solid solution of zirconium and titanium diborides. In the second, a ceramic matrix is formed in the form of a eutectic alloy of zirconium and aluminum oxides, and the dispersed phase consists of particles of titanium carbide and diboride. Known ceramic composites have high residual porosity and low microhardness, which are caused by the inhomogeneous distribution of particles of the dispersed phase in the ceramic matrix due to poor wetting of solid particles of zirconium and titanium borides by molten aluminum oxide.

Известен также керамический композит, полученный методом СВС, содержащий твердый раствор диборидов металлов переходной группы: TiB2, WB2, CrB2 [Kaga Н. Heian Е.М., Munir Z.A. Synthesis of Hard Materials by Field Activation: the Synthesis of Solid Solutions and Composites in the TiB2-WB2-CrB2 System // J. of the American Ceramic Society. - 2001 г. - Vol. 84. - No. 12. - P. 2764-2770].Also known is a ceramic composite obtained by the SHS method, containing a solid solution of transition metal diborides: TiB 2 , WB 2 , CrB 2 [Kaga N. Heian EM, Munir ZA Synthesis of Hard Materials by Field Activation: the Synthesis of Solid Solutions and Composites in the TiB 2 -WB 2 -CrB 2 System // J. of the American Ceramic Society. - 2001 - Vol. 84. - No. 12. - P. 2764-2770].

Шихтовую заготовку, спрессованную из экзотермической смеси порошков титана, вольфрама, хрома и бора, нагревают импульсами электрического тока до температуры 1400-1900°С и выдерживают под давлением 64 МПа в течение 10 мин. Относительная плотность керамического композита составляла 78-94%.A charge stock pressed from an exothermic mixture of powders of titanium, tungsten, chromium and boron is heated by electric current pulses to a temperature of 1400-1900 ° C and held at a pressure of 64 MPa for 10 minutes. The relative density of the ceramic composite was 78-94%.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является керамический композит, содержащий бор, графит и твердый раствор диборидов титана и хрома [Патент US 3340077, кл. C04B 35/58, опубл. 05.09.1967 г.]. Керамический композит получают плавлением в индукционной печи смеси порошков титана, хрома, бора и графитового вкладыша в графитовом тигле. При плавлении формируется твердый раствор диборидов титана и храма, в котором растворяется графитовый вкладыш и часть графитового тигля. Известный керамический композит содержит (Ti0,8Cr0,2)B2 - 41, бор - 3 и графит - 56 мас.% (пример 42). Недостатком известных технических решений является высокая остаточная пористость и низкая микротвердость.The closest in technical essence to the claimed invention is a ceramic composite containing boron, graphite and a solid solution of titanium and chromium diborides [Patent US 3340077, cl. C04B 35/58, publ. 09/05/1967]. A ceramic composite is obtained by melting in an induction furnace a mixture of powders of titanium, chromium, boron and a graphite liner in a graphite crucible. During melting, a solid solution of titanium diborides and a temple is formed, in which the graphite insert and part of the graphite crucible are dissolved. Known ceramic composite contains (Ti 0.8 Cr 0.2 ) B 2 - 41, boron - 3 and graphite - 56 wt.% (Example 42). A disadvantage of the known technical solutions is the high residual porosity and low microhardness.

Техническим результатом предлагаемого керамического композита является уменьшение остаточной пористости и увеличение микротвердости.The technical result of the proposed ceramic composite is to reduce residual porosity and increase microhardness.

Технический результат достигается тем, что керамический композит содержит твердый раствор диборидов, выбранный из группы: (TixCr1-x)B2, (ZrxCr1-x)B2, где х=0,5-0,9; или (TixWyCrz)B2, (ZrxWyCrz)B2, где х=0,5-0,8, у=0,1-0,4, z=0,1-0,3, x+y+z=1, и моноборид хрома (CrB) при следующих соотношениях компонентов (мас. %): твердый раствор диборидов - 42-90 и CrB - остальное, при этом шихта для получения керамического композита содержит металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор, взятые в следующих соотношений (мас.%): Титан - (14,06-55,49); Хром - (14,98-63,28); Бор - остальное; или Цирконий - (25,61-67,85); Хром - (12,58-56,49); Бор - остальное; или Титан - (8,09-41,28); Хром - (12,05-52,18); Бор - (17,28-25,0); Вольфрам - остальное; или Вольфрам - (6,54-45,35); Хром - (11,48-51,31); Бор - (15,04-18,17); Цирконий - остальное.The technical result is achieved in that the ceramic composite contains a solid solution of diborides selected from the group: (Ti x Cr 1-x ) B 2 , (Zr x Cr 1-x ) B 2 , where x = 0.5-0.9; or (Ti x W y Cr z ) B 2 , (Zr x W y Cr z ) B 2 , where x = 0.5-0.8, y = 0.1-0.4, z = 0.1- 0.3, x + y + z = 1, and chromium monoboride (CrB) with the following component ratios (wt.%): Solid solution of diborides - 42-90 and CrB - the rest, while the mixture to obtain a ceramic composite contains metals IV and VI groups of the periodic system of elements and boron, taken in the following proportions (wt.%): Titanium - (14.06-55.49); Chromium - (14.98-63.28); Bor - the rest; or Zirconium - (25.61-67.85); Chromium - (12.58-56.49); Bor - the rest; or Titanium - (8.09-41.28); Chromium - (12.05-52.18); Boron - (17.28-25.0); Tungsten - the rest; or Tungsten - (6.54-45.35); Chromium - (11.48-51.31); Boron - (15.04-18.17); Zirconium - the rest.

Выбор твердых растворов диборидов металлов IV и VI групп периодической системы элементов в качестве дисперсной фазы связан тем, что данные соединения обладают высокими показателями тугоплавкости, химической инертности, горячей твердости, теплопроводности, которые сохраняются в широком интервале температур.The choice of solid solutions of metal diborides of groups IV and VI of the periodic system of elements as the dispersed phase is due to the fact that these compounds have high refractoriness, chemical inertness, hot hardness, and thermal conductivity, which are stored in a wide temperature range.

Введение в состав керамического композита в качестве керамической матрицы моноборида хрома обусловлено следующими причинами. Во-первых, CrB не образует соединений и твердых растворов с боридами металлов переходной группы. Данное сочетание боридов металлов IV и VI групп периодической системы элементов позволяет получить двухфазный керамический композит, состоящий из дисперсной фазы и керамической матрицы, сохраняющий свой фазовый состав при высоких температурах.The introduction of a ceramic composite as a ceramic matrix of chromium monoboride due to the following reasons. Firstly, CrB does not form compounds and solid solutions with transition metal borides. This combination of metal borides of groups IV and VI of the periodic system of elements makes it possible to obtain a two-phase ceramic composite, consisting of a dispersed phase and a ceramic matrix, preserving its phase composition at high temperatures.

Во-вторых, расплавленный борид хрома хорошо смачивает поверхность частиц боридов тугоплавких соединений. Это позволяет при прессовании горячего продукта синтеза получить однородный керамический композит с минимальной остаточной пористостью. При содержании CrB менее 10 мас.% горячий продукт СВС обладает низкой пластичностью, что затрудняет получение плотного керамического композита. При содержании CrB более 58 мас.% температура синтеза меньше температуры плавления керамической матрицы, что также затрудняет получение керамического композита с остаточной пористостью менее 1%. Оптимальное содержание моноборида хрома в керамическом композите составляет 10-58 мас.%.Secondly, molten chromium boride wetts the surface of boride particles of refractory compounds well. This allows pressing a hot synthesis product to obtain a homogeneous ceramic composite with minimal residual porosity. When the CrB content is less than 10 wt.%, The hot SHS product has low ductility, which makes it difficult to obtain a dense ceramic composite. When the CrB content is more than 58 wt.%, The synthesis temperature is less than the melting temperature of the ceramic matrix, which also makes it difficult to obtain a ceramic composite with a residual porosity of less than 1%. The optimum content of chromium monoboride in the ceramic composite is 10-58 wt.%.

Керамические композиты получают с использованием следующих составов экзотермических смесей.Ceramic composites are prepared using the following exothermic mixtures.

1. Для синтеза керамического композита (TixCr1-x)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Титан - (14,06-55,49); Хром - (14,98-63,28); Бор - остальное.1. For the synthesis of the ceramic composite (Ti x Cr 1-x ) B 2 -CrB using an exothermic mixture (mixture) containing the starting components in the following proportions (wt.%): Titanium - (14.06-55.49); Chromium - (14.98-63.28); Bor - the rest.

2. Для синтеза керамического композита (ZrxCr1-x)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Цирконий - (25,61-67,85); Хром - (12,58-56,49); Бор - остальное.2. For the synthesis of the ceramic composite (Zr x Cr 1-x ) B 2 -CrB using an exothermic mixture (mixture) containing the starting components in the following proportions (wt.%): Zirconium - (25.61-67.85); Chromium - (12.58-56.49); Bor - the rest.

3. Для синтеза керамического композита (TixWyCrz)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Титан - (8,09-41,28); Хром - (12,05-52,18); Бор - (17,28-25,0); Вольфрам - остальное.3. For the synthesis of the ceramic composite (Ti x W y Cr z ) B 2 -CrB using an exothermic mixture (mixture) containing the starting components in the following ratios (wt.%): Titanium - (8.09-41.28); Chromium - (12.05-52.18); Boron - (17.28-25.0); Tungsten - the rest.

4. Для синтеза керамического композита (ZrxWyCrz)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Вольфрам - (6,54-45,35); Хром - (11,48-51,31); Бор - (15,04-18,17); Цирконий - остальное.4. For the synthesis of ceramic composite (Zr x W y Cr z ) B 2 -CrB using an exothermic mixture (mixture) containing the starting components in the following proportions (wt.%): Tungsten - (6.54-45.35); Chromium - (11.48-51.31); Boron - (15.04-18.17); Zirconium - the rest.

Керамические композиты, содержащие дибориды металлов IV и VI групп периодической системы элементов, представлены следующими примерами.Ceramic composites containing metal diborides of groups IV and VI of the periodic system of elements are represented by the following examples.

Пример 1.Example 1

Экзотермическую смесь порошков, содержащую 55,49 мас.% титана марки ПТМ (ТУ 14-1-3086-80), 14,98 мас.% хрома ПХ-1С (ГОСТ 5905-79) и 29,53 мас.% бора марки аморфный Б-99А (ТУ 1-92-154-90) смешивают в шаровой мельнице в течение двух часов. Из приготовленной смеси прессуют шихтовую заготовку диаметром 58 мм, высотой 16 мм и относительной плотностью 0,55 и помещают в пресс-форму, снабженную системой инициирования реакции экзотермического синтеза. Свободное пространство в пресс-форме заполняют дисперсной средой, передающей давление, в качестве которой используют порошок оксида кремния дисперсностью 200-300 мкм. Пресс-форму устанавливают на рабочем столе гидравлического пресса усилием 160 тонн. Затем с помощью гидравлического пресса в пресс-форме создают давлении 10 МПа и осуществляют инициирование реакции экзотермического синтеза в шихтовой заготовке. Через 3 секунды после инициирования реакции СВС давление прессования увеличивают до 100 МПа, при котором синтезированный композит выдерживают в течение 5 секунд. После прессования полученный керамический композит извлекают из пресс-формы и охлаждают в песке.An exothermic mixture of powders containing 55.49 wt.% Titanium grade ПТМ (ТУ 14-1-3086-80), 14.98 wt.% Chromium ПХ-1С (GOST 5905-79) and 29.53 wt.% Boron grade amorphous B-99A (TU 1-92-154-90) is mixed in a ball mill for two hours. From the prepared mixture, a charge stock is pressed with a diameter of 58 mm, a height of 16 mm and a relative density of 0.55 and placed in a mold equipped with an exothermic synthesis reaction initiation system. The free space in the mold is filled with a dispersed medium transmitting pressure, which is used as a powder of silicon oxide with a fineness of 200-300 microns. The mold is installed on the working table of a hydraulic press with an effort of 160 tons. Then, using a hydraulic press in the mold, a pressure of 10 MPa is created and an exothermic synthesis reaction is initiated in the billet. 3 seconds after the initiation of the SHS reaction, the pressing pressure was increased to 100 MPa, at which the synthesized composite was held for 5 seconds. After pressing, the resulting ceramic composite is removed from the mold and cooled in sand.

Рентгенофазовый и электронно-микроскопический анализы показали, что полученный продукт содержит 90 мас.% (Ti0,9Cr0,1)B2 и 10 мас.% CrB. Остаточная пористость керамического композита составляет 1,5%, а твердость по Виккерсу (Hv) - 26 ГПа кг/мм2.X-ray phase and electron microscopic analyzes showed that the resulting product contains 90 wt.% (Ti 0.9 Cr 0.1 ) B 2 and 10 wt.% CrB. The residual porosity of the ceramic composite is 1.5%, and the Vickers hardness (H v ) is 26 GPa kg / mm 2 .

Все примеры получения керамических композитов сведены в таблицу. Там же представлены характеристики известного керамического композита (прототип, пример 46). Видно, что предлагаемый керамический композит обладает более низкой остаточной пористостью и более высокой микротвердостью, чем известный композит.All examples of ceramic composites are tabulated. The characteristics of the well-known ceramic composite (prototype, example 46) are also presented there. It can be seen that the proposed ceramic composite has a lower residual porosity and higher microhardness than the known composite.

Из представленных данных видно, что предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать керамический композит, который может быть использован в качестве режущего инструмента, мишеней для нанесения композитных покрытий, электродов для электроискрового легирования и т.п.From the presented data it can be seen that the proposed combination of features of the invention allows to obtain a ceramic composite, which can be used as a cutting tool, targets for applying composite coatings, electrodes for electrospark alloying, etc.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (5)

1. Керамический композит, содержащий дибориды металлов IV и VI групп периодической системы элементов, отличающийся тем, что он содержит твердый раствор диборидов, выбранный из группы: (TixCr1-x)B2, (ZrxCr1-x)B2, где х=0,5-0,9 или (TixWyCrz)B2, (ZrxWyCrz)B2, где х=0,5-0,8, у=0,1-0,4, z=0,1-0,3, x+y+z=1, и моноборид хрома (CrB) при следующих соотношениях компонентов (мас.%): твердый раствор диборидов - 42-90, CrB - остальное.1. Ceramic composite containing metal diborides of groups IV and VI of the periodic system of elements, characterized in that it contains a solid solution of diborides selected from the group: (Ti x Cr 1-x ) B 2 , (Zr x Cr 1-x ) B 2 , where x = 0.5-0.9 or (Ti x W y Cr z ) B 2 , (Zr x W y Cr z ) B 2 , where x = 0.5-0.8, y = 0, 1-0.4, z = 0.1-0.3, x + y + z = 1, and chromium monoboride (CrB) with the following component ratios (wt.%): Solid solution of diborides - 42-90, CrB - rest. 2. Шихта для получения керамического композита по п. 1, содержащая металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Титан - (14,06-55,49); Хром - (14,98-63,28); Бор - остальное.2. The mixture for producing a ceramic composite according to claim 1, containing metals of groups IV and VI of the periodic system of elements and boron, characterized in that it contains components in the following ratios (wt.%): Titanium - (14.06-55.49 ); Chromium - (14.98-63.28); Bor - the rest. 3. Шихта для получения керамического композита по п. 1, содержащая металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Цирконий - (25,61-67,85); Хром - (12,58-56,49); Бор - остальное.3. The mixture for producing a ceramic composite according to claim 1, containing metals of groups IV and VI of the periodic system of elements and boron, characterized in that it contains components in the following proportions (wt.%): Zirconium - (25.61-67.85 ); Chromium - (12.58-56.49); Bor - the rest. 4. Шихта для получения керамического композита по п. 1, содержащая металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Титан - (8,09-41,28); Хром - (12,05-52,18); Бор - (17,28-25,0); Вольфрам - остальное.4. The mixture for producing a ceramic composite according to claim 1, containing metals of groups IV and VI of the periodic system of elements and boron, characterized in that it contains components in the following proportions (wt.%): Titanium - (8.09-41.28 ); Chromium - (12.05-52.18); Boron - (17.28-25.0); Tungsten - the rest. 5. Шихта для получения керамического композита по п. 1, содержащая металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Вольфрам - (6,54-45,35); Хром - (11,48-51,31); Бор - (15,04-18,17); Цирконий - остальное.5. The mixture for producing a ceramic composite according to claim 1, containing metals of groups IV and VI of the periodic system of elements and boron, characterized in that it contains components in the following proportions (wt.%): Tungsten - (6.54-45.35 ); Chromium - (11.48-51.31); Boron - (15.04-18.17); Zirconium - the rest.
RU2015130944A 2015-07-27 2015-07-27 Ceramic composite and batch for its producing RU2622276C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130944A RU2622276C2 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Ceramic composite and batch for its producing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130944A RU2622276C2 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Ceramic composite and batch for its producing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015130944A RU2015130944A (en) 2017-01-31
RU2622276C2 true RU2622276C2 (en) 2017-06-13

Family

ID=58453728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015130944A RU2622276C2 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Ceramic composite and batch for its producing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622276C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706913C1 (en) * 2019-07-16 2019-11-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Method of producing material containing tungsten boride
CN110526716A (en) * 2019-08-07 2019-12-03 广东工业大学 A kind of boride ceramics and its preparation method and application with high tenacity and high thermal conductivity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340077A (en) * 1965-02-24 1967-09-05 Corning Glass Works Fused cast refractory
US4292081A (en) * 1979-06-07 1981-09-29 Director-General Of The Agency Of Industrial Science And Technology Boride-based refractory bodies
RU2016111C1 (en) * 1992-06-19 1994-07-15 Институт структурной макрокинетики РАН Charge for producing cast refractory non-organic material in burning mode
RU2283207C2 (en) * 2004-09-08 2006-09-10 Каунсил Оф Сайентифик Энд Индастриал Рисерч METHOD FOR PRODUCING IN-SITU COMPOSITE SUCH AS ALUMINA-(Ti,Zr) BORIDES

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340077A (en) * 1965-02-24 1967-09-05 Corning Glass Works Fused cast refractory
US4292081A (en) * 1979-06-07 1981-09-29 Director-General Of The Agency Of Industrial Science And Technology Boride-based refractory bodies
RU2016111C1 (en) * 1992-06-19 1994-07-15 Институт структурной макрокинетики РАН Charge for producing cast refractory non-organic material in burning mode
RU2283207C2 (en) * 2004-09-08 2006-09-10 Каунсил Оф Сайентифик Энд Индастриал Рисерч METHOD FOR PRODUCING IN-SITU COMPOSITE SUCH AS ALUMINA-(Ti,Zr) BORIDES

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAGA Н., HEIAN Е.М., MUNIR Z.A. "Synthesis of Hard Materials by Field Activation: the Synthesis of Solid Solutions and Composites in the TiB 2 -WB 2 -CrB 2 System", Journal of the American Ceramic Society. - 2001 г., Vol. 84, N 12. p. 2764-2770. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706913C1 (en) * 2019-07-16 2019-11-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Method of producing material containing tungsten boride
CN110526716A (en) * 2019-08-07 2019-12-03 广东工业大学 A kind of boride ceramics and its preparation method and application with high tenacity and high thermal conductivity

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015130944A (en) 2017-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3894850A (en) Superhard composition material based on cubic boron nitride and a method for preparing same
Feng et al. Microstructure and mechanical properties of in situ TiB reinforced titanium matrix composites based on Ti–FeMo–B prepared by spark plasma sintering
US11752593B2 (en) Binder compositions of tungsten tetraboride and abrasive methods thereof
CN102492871A (en) TiAl intermetallic compound-based solid seif-lubricating composite material and preparation method thereof
JPH07242466A (en) Production of polycrystalline cubic boron nitride
Stolin et al. SHS extrusion: an overview
Daoush et al. An exploratory investigation on the in-situ synthesis of SiC/AlN/Al composites by spark plasma sintering
Cheloui et al. Microstructure and mechanical properties of TiB–TiB2 ceramic matrix composites fabricated by spark plasma sintering
RU2622276C2 (en) Ceramic composite and batch for its producing
Károly et al. Hybrid aluminum matrix composites prepared by Spark plasma sintering (sps)
Rahaei In-situ manufacturing of NiAl-TiC composites with three dimensional (3D) discrete particular network and Bi-continuous microstructures
JP5182582B2 (en) Method for synthesizing cubic boron nitride and method for producing sintered cubic boron nitride
Peng Fabrication and mechanical properties of microalloyed and ceramic particulate reinforced NiAl-based alloys
EP4056540B1 (en) Method for obtaining a high refractory composite from boron carbide and intermetallic compound of the ti-si system
Khanra et al. Effect of Ni additives on pressureless sintering of SHS ZrB2
RU2414991C1 (en) Method of producing ceramic articles with nanostructure
CN105734388A (en) Boride-based high-entropy alloy ceramic bond special for polycrystalline cubic boron nitride (PCBN)
Zavareh et al. Fabrication of TiB2-TiC composites optimized by different amount of carbon in the initial Ti-BC powder mixture
CN112830792B (en) High-hardness hafnium-based ternary solid solution boride ceramic and preparation method and application thereof
Amosov et al. Fabrication of Al-AlN nanocomposites
JPH07278719A (en) Particulate plate crystal cemented carbide containing wc and its production
JPH0411506B2 (en)
JP7454943B2 (en) Tungsten tetraboride composite matrix and its use
CN107814576B (en) In-situ reaction for preparing MB2Method for preparing (E) -MC-BN ultrahigh temperature ceramic matrix composite material
Ybarra et al. Effects of Milling Time on Microstructure and Mechanical Properties of Composite WC-(Fe3Al-B) Consolidated by Spark Plasma Sintering