Влияние дисперсности порошка карбида бора и режимов спекания под высоким давлением на микроструктуру и свойства полученной керамики

Abstract

Исследованы микроструктура, плотность и твердость керамических образцов, спеченных из порошков карбида бора различной дисперсности без использования активирующих добавок при давлении 4 GPa и температурах 1200-2000оC. Установлено, что наиболее высокая (2.50 g/cm3) плотность достигается у керамики из порошка с бимодальным распределением частиц по размерам. Он содержит более мелкую субмикронную фракцию размером 270-300 nm и более грубую со средним размером до 4.5 μm. Обнаружено, что с увеличением дисперсности порошка максимум на кривых зависимости твердости образцов от температуры спекания сдвигается в сторону более низких температур. Образцы с наиболее высокой твердостью 40 GPa получены из микронного порошка с размером частиц от 3.0 до 12.0 μm. Установлено, что при более высоких (7.7 GPa) давлениях спекания такого порошка плотность и твердость образцов карбида бора повышаются без существенного роста зерна за счет большей степени уплотнения исходного порошка, уменьшения пор в структуре материала и малого времени спекания. Изготовлен высокоплотный сверхтвердый керамический материал из карбида бора с мелкозернистой структурой (D ~ 0.5-1.3 μm), относительной плотностью 99.6%, твердостью по Виккерсу HV1 47 GPa, модулем Юнга E = 417-469 GPa и величиной коэффициента Пуассона μ = 0.17-0.18.