Трибологічні властивості композитів у системі ZrN–Si₃N₄–TiN, отриманих іскроплазмовим спіканням 

Анотація

Досліджено умови отримання композиційних матеріалів ZrN–Si₃N₄ та ZrN–Si₃N₄– TiN методом іскроплазмового спікання, а також механічні та трибологічні властивості консолідованих матеріалів. Показано, що ущільнення композитів ZrN–Si₃N₄–TiN проходить більш інтенсивно в інтервалі температур 1100–1300 °С, а основним чинником, що інтенсифікує процес ущільнення цих композитів, є нанокристалічний нітрид титану. Було отримано зразки кераміки, % (мас.): 57 ZrN–43 Si₃N₄ та 84 ZrN–16 Si₃N₄, з відносною щільністю 0,95 та 0,93 відповідно, а також композити (84 ZrN–16 Si₃N₄)–15 TiN та (57 ZrN–43 Si₃N₄)–30 TiN з відносною щільністю ~0,98. Дослідження мікроструктури показало, що в консолідованих композитах ZrN–Si₃N₄ досягається рівномірний розподіл компонентів в об’ємі матеріалу з середнім розміром зерен 200–300 нм. Композити ZrN–Si₃N₄–TiN мають більш дрібну структуру з розміром зерен TiN менше 100 нм. Механічні властивості композитів з нітридом титану були вищими, ніж у матеріалів ZrN–Si₃N₄. Так, твердість за Віккерсом та визначена методом індентування тріщиностійкість композитів із вмістом 15 та 30% ( мас.) TiN склала 18,7 ± 1,1  ГПа і 5,2 МПа · м^1/2 та 19,1 ± 1,9 ГПа і 5,8 МПа · м^1/2 відповідно. Твердість композитів ZrN–Si₃N₄ складає ~17 ГПа. Дослідження трибологічних властивостей композиційних матеріалів у парі з твердим сплавом ВК6 та нітридом кремнію показало, що зносостійкість керамічних зразків безпосередньо залежить від вмісту нітриду цирконію та матеріалу контртіла, тобто від їх фізико-хімічної взаємодії. При збільшенні вмісту ZrN до 84% у складі композита суттєво підвищуються його трибологічні властивості за рахунок змащувальної здатності нітриду цирконію. За комплексом триботехнічних властивостей композит (84% (мас.) ZrN–16% (мас.) Si₃N₄)–15% (мас.) TiN виявився найкращим та може бути рекомендований для використання у вузлах тертя при динамічних режимах навантаження.