Please use this identifier to cite or link to this item: https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/92447
Or use following links to share this resource in social networks: Recommend this item
Title Effect of HPHT Sintering on Crystal Structure of NbC and TaC Carbides in PcBN Composites of cBN-NbC-Al and cBN-TaC-Al Systems
Other Titles Вплив HPHT спікання на кристалічну структуру карбідів NbC і TaC у PcBN композитах систем cBN-NbC-Al і cBN–TaC–Al
Authors Belyavina, N.M.
Stratiichuk, D.A.
Kuryliuk, A.M.
Turkevich, V.Z.
Nakonechna, O.I.
Kogutyuk, P.P.
Stasuk, L.P.
ORCID
Keywords високі тиски
надтверді матеріали cBN
монокарбіди
рентгенівська дифрактометрія
кристалічна структура
high pressures
cBN superhard materials
monocarbides
X-ray diffraction method
crystal structure
Type Article
Date of Issue 2023
URI https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/92447
Publisher Sumy State University
License In Copyright
Citation N.M. Belyavina, D.A. Stratiichuk, A.M. Kuryliuk, et al., J. Nano- Electron. Phys. 15 No 3, 03030 (2023) DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.15(3).03030
Abstract Керамо-матричні композити на основі кубічного нітриду бору зі зв'язками, що містять тугоплавкі сполуки перехідних металів та алюміній, широко використовуються для високошвидкісної (300 – 500 м/хв) та чистової металообробки загартованих легованих сталей та жароміцних сплавів. Хороші перспективи практичного застосування для цього мають PcBN композиційні матеріали BL групи отримані в системах cBN-NbC-Al та cBN-TaC-Al (склад шихти в об. % 60:35:5). Метою даної роботи було вивчення впливу умов HPHT спікання (7,7 ГПа, 1600 – 2450 °С) на кристалічну структуру карбідів NbC та TaC, які сумісно із алюмінієм формують зв’язку шихти. В результаті докладного рентгеноструктурного дослідження було показано, що притаманна цим карбідам вихідна кристалічна структура типу NaCl в умовах баротермічного впливу модифікується, набуваючи додаткову позицію для розміщення малих за розміром атомів (азоту або/та вуглецю). При HPHT спіканні взаємодія карбідів NbC та TaC з алюмінієм шихти, а також із азотом, що утворюється при частковому розпаді cBN, веде до утворення твердих розчинів. При цьому, розчинення алюмінію відбувається за типом заміщення ним ніобію або танталу (до 2,5 ат. % Al). Акумулювання азоту в структурі TaC відбувається із дозаповненням ним вакансій в підгратці вуглецю (розчиняється до 1 ат. % N), а в структурі NbC за типом занурення з розміщенням в додатковій позиції модифікованої структури типу NaCl (розчинюється до 5 ат. % N), до якої також частково переміщується вуглець зі свого основного положення. Таке накопичення дефектів веде до суттєвого збільшення параметру гратки карбіду NbC (відносне збільшення 0,28 % для NbC супротив 0,11 % для TaC). Показано, що для композитів систем cBN–NbC–Al та cBN–TaC–Al з найкращими експлуатаційними характеристиками (HPHT спікання при 7,7 ГПа та 2150 °С) склади карбідів можна описати як Nb0,96Al0,04(C,N)1,17 and Ta0,95Al0,05(C,N)1.
Ceramic-matrix composites based on cubic boron nitride (cBN) with binders, containing refractory compounds of transition metals and aluminum, are widely used for high-speed (300 – 500 m/min) and finishing metal processing of hardened alloy steels and heat resistant alloys. PcBN composite materials of the BL group obtained in the cBN–NbC–Al and cBN–TaC–Al systems (60:35:5 vol. % charge content) have good application prospects. The purpose of this work was to study the effect of high pressure – high temperature (HPHT) sintering conditions (7.7 GPa, 1600 – 2450 °C) on the crystal structure of NbC and TaC carbides, which form together with aluminum the binder of the charge. As a result of a detailed X-ray diffraction study, it was shown that the original NaCl type crystal structure of these carbides is modified under barothermal exposure. Namely, an additional position for the placement of small atoms (nitrogen and/or carbon) is formed. During HPHT sintering, the interaction of NbC and TaC with Al atoms in the charge, as well as with the nitrogen flow formed during partial decomposition of cBN, results in the formation of solid solutions. At the same time, the dissolution of aluminum takes place in accordance with the type of Nb or Ta atoms substitution by it (up to 2.5 at.% Al). Accumulation of nitrogen atoms in the TaC structure occurs by filling vacancies in the carbon sublattice (dissolves up to 1 at.% N). In the NbC structure this process goes through interstitial of nitrogen atoms with their placement on the additional position of a modified NaCl-type structure (dissolves up to 5 at.% N). Besides, the carbon atom also partially moves from its basic positions. This accumulation of defects leads to a significant increase in the lattice parameter of NbC carbide (a relative increase of 0.28% for NbC versus 0.11% for TaC). It is shown that the carbide compositions can be described as Nb0,96Al0,04(C, N)1,17 and Ta0,95Al0,05(C, N)1. for composites of the cBN–NbC–Al and cBN–TaC–Al systems with the best operational characteristics (HPHT sintering at 7.7 GPa and 2150 °C).
Appears in Collections: Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)

Views

Australia Australia
1
France France
1
Germany Germany
93
India India
3297
Indonesia Indonesia
1
Ireland Ireland
4
Israel Israel
33309
South Korea South Korea
33305
Ukraine Ukraine
833
United Kingdom United Kingdom
351
United States United States
27887
Unknown Country Unknown Country
832

Downloads

Austria Austria
1
Canada Canada
1
China China
33305
France France
12
Germany Germany
1
India India
96
Indonesia Indonesia
1
South Korea South Korea
1
Ukraine Ukraine
3296
United States United States
33310
Unknown Country Unknown Country
1

Files

File Size Format Downloads
Belyavina_jnep_3_2023.pdf 392.29 kB Adobe PDF 70025

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.