Спекание частиц c-BC₂N, твердых растворов металлических фаз с добавками оксидных компонентов и NiCr при сверхвысокой нагрузке и температуре плазменно-искрового спекания, высоком давлении сжатия в ходе взрывного метода

   Показано влияние сверхвысокой нагрузки прессования 1,65 ГПа при 1800 °C в ходе плазменно-искрового метода, давления сжатия 2,30 ГПа при 1260 °C в ходе взрывного спекания частиц твердых растворов керамической и металлической фаз с добавкой смеси оксидных порошков, NiCr на фазовый состав, микроструктуру, размеры зерен кристаллических фаз, относительную плотность, линейную усадку, микроструктурные особенности пограничных слоев, траектории микротрещин, физико-механические свойства образцов составов муллит‒c-ZrO₂‒c-BC₂N‒NiCr‒V‒Mo‒Zr‒W и муллит‒c-ZrO₂‒c-BC₂N‒NiCr‒Cr‒Mo‒Nb‒Ta. Синтезированные порошки h-BN и NiCr характеризуются соответственно разной интенсивностью кристаллизации фаз h-BN и NiCr. Спеченные плазменно-искровым способом c-ZrO₂ при нагрузке прессования 35 МПа и 1400 °C, g-BC₂N при нагрузке прессования 60 МПа и 850 oC показывают соответственно развитую кристаллизацию фаз c-ZrO₂ и g-BC₂N, кристаллические, однородные, плотные микроструктуры. Спеченные плазменно-искровым методом образцы при сверхвысокой нагрузке прессования 1,65 ГПа показывают развитую муллитизацию, кристаллизацию фаз c-ZrO₂, c-BC2N, NiCr, β-V,Mo,W,Zr, β-Cr,Mo,Nb,Ta, более кристаллические, однородные и плотно спекшиеся микроструктуры, разнодисперсные зерна кристаллических фаз при 1800 °C в отличие от образцов, полученных взрывным спеканием. Спеченные разными методами образцы различаются плотностью и однородностью структуры, шириной пограничных слоев и траекторией продвигающихся через них микротрещин, а также трещиностойкостью и значениями физико-механических свойств.

1. Kim, J.-H. Microstructures and properties of ultra fine grained W‒ZrC composites / J.-H. Kim, C. Park, J. Lim, S. Kong // J. All. Comp. ― 2015. ― Vol. 623. ― P. 282‒289.

2. Yung, D.-L. Ultra high-pressure spark plasma sintered ZrC‒Mo and ZrC‒TiC composites / D.-L. Yung, M. Antonov, L. Jaworska, I. Hussainova // J. Refract. Metals hard Mater. ― 2015. ― Vol. 61, № 2. ― P. 201‒206.

3. Хмелёв А. В. Встраивание металлических компонентов в структуру карбонитрида титана при сверхвысоких нагрузках плазменно-искрового и взрывного спекания / А. В. Хмелев, Ли Цзиньпин // Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 2. ― С. 38‒56. doi: 10.1007/s11148-023-00808-y.

4. Хмелёв, А. В. Плазменно-искровое спекание оксидно-безоксидных компонентов с добавкой твердого раствора TiC‒ZrC и разных смесей порошков металлов / А. В. Хмелёв // Новые огнеупоры. ― 2020. ― № 10. ― С. 27‒38. doi: 10.1007/s11148-021-00522-7.

5. Хмелёв, А. В. Стимулирование плазменно-искрового спекания смесей оксидно-безоксидных компонентов добавкой твердого раствора TaB₂‒NbC и через расплав никеля в смесях порошков металлов / А. В. Хмелёв // Новые огнеупоры. ― 2021. ― № 2. ― С. 14‒29. doi: 10.1007/s11148-021-00563-y.

6. Хмелёв, А. В. Разработка плотных и твердых материалов на основе оксидно-безоксидных соединений с добавками интерметаллических компонентов в ходе плазменно-искрового спекания / А. В. Хмелёв // Новые огнеупоры. ― 2021. ― № 10. ― С. 26‒41. doi: 10.1007/s11148-022-00645-5.

7. Хмелёв, А. В. Уплотнение и укрепление керамометаллических материалов четверными твердыми растворами металлических фаз в ходе плазменно-искрового спекания / А. В. Хмелёв // Новые огнеупоры. ― 2022. ― № 8. ― С. 35‒52. doi: 10.1007/s11148-023-00746-9.

8. Wang B. Microstructure and properties of the Ti/Al₂O₃/NiCr composites fabricated by explosive compaction / B. Wang, F. Xie, X. Luo // Mat. Sci. Eng. ― 2015. ― Vol. 50, № 1. ― P. 324‒331.

9. Toropov, N. A. Phase diagrams of silicate systems / N. A. Toropov, V. P. Barzakovskii, R. V. Lapin. ― Nauka, 1979. ― Р. 437‒439.

10. Seifert H. J. Phase equilibria in the Si‒B‒C‒N system / H. J. Seifert, F. Aldinger // High-performance non-oxide ceramics. ― 2021. ― Vol. 101. ― P. 1‒58.

11. Solozhenko V. L. Prediction of novel ultra hard phases in the B‒C‒N system from first principles: progress and problems / V. L. Solozhenko, S. Matar // Materials. ― 2023. ― Vol. 16, № 2. ― P. 886‒902.

12. Vorozhtsov, A. Structural and mechanical properties of aluminium-based composites processed by explosive compaction / A. Vorozhtsov, I. Zukov, V. Promakhov // Powder Techn. ― 2017. ― Vol. 313, № 1. ― P. 251‒259.

13. Krokhalev A. V. Explosive compaction of chromium carbide powders with a metallic binder / A. V. Krokhalev, V. O. Kharlamov, V. I. Lysak // Comb. Expl. Shock wave. ― 2019. ― Vol. 55, № 4. ― P. 491‒499.

14. Vorozhtcov V. A. Phase equilibriums in the Al₂O₃‒SiO₂‒ZrO₂ system: Calculation and Experiment / V. A. Vorozhtcov, D. A. Yurchenko, V. I. Almjashev, V. L. Stolyarova // Glass Phys. Chem. ― 2021. ― Vol. 47, № 5. ― P. 417‒426.

15. Phillips, B. Phase equilibria in the system NiO‒Al₂O₃‒SiO₃ / B. Phillips, J. J. Hutta, I. Warshaw // J. Am. Ceram. Soc. ― 2006. ― Vol. 46, № 12. ― P. 579‒583.

16. Besmann, T. M. Thermochemical analysis and modeling of the Al₂O₃‒Cr₂O₃, Cr₂O₃‒SiO₂ and Al₂O₃‒Cr₂O₃‒SiO₂ systems relevant to refractories / T. M. Besmann, N. S. Kulkarni // J. Am. Ceram. Soc. ― 2006. ― Vol. 89, № 2. ― P. 638‒644.

17. Zygmuntowicz, J. Fabrication and characterization of ZrO₂/Ni composites / J. Zygmuntowicz, P. Falkowski, A. Miazga, K. Konopka // J. Aust. Ceram. Soc. ― 2018. ― Vol. 54, № 4. ― P. 655‒662.

18. Jerebtsov, D. A. Phase diagram of the system: ZrO₂‒Cr₂O₃ / D. A. Jerebtsov, G. G. Mikhailov, S. V. Sverdina // Ceram. Inter. ― 2001. ― Vol. 27, № 3. ― P. 247‒250.

19. Kjellgust, L. Thermodynamic modeling of the Cr‒Fe‒Ni‒O system / L. Kjellgust, M. Selleby, B. Sundman // Calphad. ― 2008. ― Vol. 32, № 3. ― P. 577‒592.

20. Fang, L. Experimental study on the stability of graphitic C₃N₄ under high pressure and high temperature / L. Fang, H. Ohfuji, T. Shinmei, T. Irifune // Diam. and related Mat. ― 2011. ― Vol. 20, № 5/6. ― P. 819‒825.