Thermal resistance of PCD materials with borides bonding phase

Abstract

In these studies, one group of PCD materials was prepared using diamond powder and 10 wt % of TiB₂ and the second batch of the PCD material was prepared using a mixture of diamond powder with 5 wt % of TiB₂ and 2 wt % of Co. The materials have been sintered using a Bridgman-type high-pressure apparatus at 8.0±0.2 GPa, at a temperature of 2000±50 °C. Thermogravimetric (TG) measurements and Differential Thermal Analysis (DTA) have been carried out for diamond micropowders, TiB₂ bonding phase, and sintered composites. The coefficients of friction for diamond composites in a sliding contact with an Al₂O₃ ceramic ball have been determined from the room temperature up to 800 °C. Material phase compositions were analyzed for initial samples and after wear tests, at the temperature of 800 °C. Raman spectra of diamond composites with borides bonding phases, observed for the first-order zone centre modes of diamond and graphite during the heating up to 800 °C in air have been presented. Thermal properties have been compared with the commercial diamond-cobalt PCD. It has been found that diamond with TiB₂ and Co is the most resistant to the hardness changes at elevated temperatures and this material maintains the high hardness value up to 800 °C but it has a high coefficient of friction.

Досліджено полікристалічні алмазні композити – одну групу матеріалів було приготовано з використанням алмазного порошку і 10 % (за масою) TiB₂, а другу – з алмазного порошку, 5 % (за масою) TiB₂ і 2 % (за масою) Co. Матеріали було спечено в апараті високого тиску типу Бріджмена при тиску 8,0±0,2 ГПа і температурі 2000±50 °С. Термогравіметричні вимірювання та диференційний термічний аналіз було проведено для алмазних мікропорошків, зв’язуючої фази TiB₂ і спечених композітов. Визначено коефіцієнти тертя для алмазних композитів при ковзному контакті з кулькою з кераміки Al₂O₃ при температурі від кімнатної до 800 °С. Фазові склади матеріалів проаналізовано для вихідних зразків і після їх випробування на знос при температурі 800 °С. Представлено спектри комбінаційного розсіювання алмазних композитів зі зв’язуючими фазами боридів, що спостерігаються в центрі зони першого порядку алмазу і графіту в процесі нагрівання до 800 °С на повітрі. Порівнювали термічні властивості отриманих полікристалічних алмазних композитів і промислового композита алмаз–кобальт. Було виявлено, що алмаз з TiB₂ і Co є найбільш стійким до змін твердості при підвищених температурах і зберігає високу твердість до 800 °С, але має високий коефіцієнт тертя.

Исследованы поликристаллические алмазных композиты – одна группа материалов была приготовлена с использованием алмазного порошка и 10 % (по массе) TiB₂, а вторая – из алмазного порошка, 5 % (по массе) TiB₂ и 2 % (по массе) Co. Материалы были спечены в аппарате высокого давления типа Бриджмена при давлении 8,0±0,2 ГПа и температуре 2000±50 °С. Термогравиметрические измерения и дифференциальный термический анализ были проведены для алмазных микропорошков, связующей фазы TiB₂ и спеченных композитов. Определены коэффициенты трения для алмазных композитов при скользящем контакте с шариком из керамики Al₂O₃ при температуре от комнатной до 800 °С. Фазовые составы материалов проанализированы для исходных образцов и после их испытания на износ при температуре 800 °С. Представлены спектры комбинационного рассеяния алмазных композитов со связующими фазами боридов, наблюдаемые в центре зоны первого порядка алмаза и графита в процессе нагрева до 800 °С на воздухе. Сравнивали термические свойства полученных поликристаллических алмазных композитов и промышленного поликристаллического композита алмаз–кобальт. Было обнаружено, что алмаз с TiB₂ и Co является наиболее устойчивым к изменениям твердости при повышенных температурах и сохраняет высокую твердость до 800 °С, но имеет высокий коэффициент трения.