ЗНОСОСТІЙКІ КОМПОЗИТИ TiN–20% (мас.) Si₃N₄ ТА TiN–20% (мас.) TiB₂, ОТРИМАНІ МІКРОХВИЛЬОВИМ СПІКАННЯМ

Анотація

Проведено комплексне дослідження з мікрохвильового спікання композиційних матеріалів  TiN–20% (мас.) TiB₂ та TiN–20% (мас.) Si₃N₄. Показано, що в мікрохвильовій печі при постійній потужності мікрохвильового випромінювання 900 Вт можна ефективно ущільнити композит TiN–20% (мас.) TiB₂ до залишкової поруватості 9% при температурі 1370 °С, а композит TiN–20% (мас.) Si₃N₄ ¾ до  поруватості 6% при 1407 °С. Порівняльний аналіз консолідації цих композиційних матеріалів традиційним спіканням в печі опору до температури 1550 °С зі швидкістю 50 °С/хв виявив залишкову поруватість композитів більш ніж 25%. В структурі консолідованих мікрохвильовим спіканням зразків виявлено області щільного матеріалу, переважно сферичної форми (D ~ 5 мкм), що формуються з фаз нітриду титану та дибориду титану. Таке зональне обособлення ущільнення з утворенням сферичних агломератів  TiN та TiB₂ пов’язане з неоднорідністю розподілу електромагнітного поля у робочому об’ємі мультимодової НВЧ-печі, внаслідок чого в об’ємі оброблюваного матеріалу виникають локально перегріті області. Виявлено, що структурні особливості композитів TiN–20% (мас.) TiB₂ та TiN–20% (мас.) Si₃N₄ впливають на їх механічні та трибологічні властивості. Так, виміряна твердість композита TiN–20% (мас.) TiB₂ склала 19,5 ± ± 1,1 ГПа, а композита TiN–20% (мас.) Si₃N₄ ¾ 19,8 ± 0,8 ГПа. Проведені тести на зносостійкість композитів в парі з твердим сплавом ВК6 показали відносно високі трибологічні властивості: лінійний знос ¾ 12,5 мкм/км (TiN–20% (мас.) Si₃N₄) та 11,3 мкм/км (TiN–20% (мас.) TiB₂), коефіцієнт тертя ¾ 0,43 і 0,26 відповідно. Порівняльний аналіз особливостей консолідації композитів TiN–20% (мас.)  TiB₂ та TiN–20% (мас.) Si₃N₄ методами мікрохвильового та традиційного спікання дозволив зробити висновок, що підвищення швидкості нагрівання при мікрохвильовому спіканні в діапазоні температур 600–1500 °С до 50 °С/хв і вище, а також використання гібридного НВЧ-нагрівання дозволить отримати однорідну дрібнозеренну структуру, яка позитивно позначиться на механічних та трибологічних властивостях.