Залежність твердості чистих полікристалічних матеріалів кубічного нітриду бору від структурних параметрів

Abstract

У результаті твердофазного перетворення вихідного квазікристалічного піролітичного нітриду бору CVD BN отримано чистий полікристалічний кубічний BN (PcBN) під дїєю тиску 9–10 ГПа і температури ≥ 2250 ºС протягом 40 с. Відповідно до результатів просвічувальної електронної мікроскопії (ПЕМ) структура PcBN однорідна та ізотропна, а розміри зерен у ній збыльшуються від 0,1–0,4 до 1–4 і ~20 мкм при зростанні температури процесу відповідно від 2250 до 2400 і 2550 °C. Встановлено, що твердість полікристалів за Віккерсом і Кнупом (HV і HK, навантаження на індентори 4,9 Н) значно підвищується зі зменшенням розмірів зерен у структурі. Отримані залежності відповідають співвідношенням Холла - Петча HV (ГПа) = 43,13 + 11,55/<d>1/2 і HK (ГПа) = 39,28 + 6,10/<d>1/2 , де <d> – середній розмір зерна, мкм.

В результате твердофазного превращения исходного квазикристаллического пиролитического нитрида бора CVD BN получен чистый поликристаллический кубический BN (PcBN) под действием давления 9–10 ГПа и температуры ≥ 2250 °С в течение 40 с. Согласно результатам просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) структура PcBN однородна и изотропна, а размеры зерен в ней увеличиваются от 0,1–0,4 до 1–4 и ~20 мкм при повышении температуры процесса термобарического воздействия соответственно от 2250 до 2400 и 2550 °C. Установлено, что твердость поликристаллов по Виккерсу и Кнупу (HV и HK, нагрузка на инденторы 4,9 Н) существенно повышается с уменьшением размеров зерен в структуре. Полученные зависимости отвечают соотношениям Холла - Петча HV (ГПа)= 43,13 + 11,55/<d>1/2 и HK (ГПа) = 39,28 + 6,10/<d>1/2 , где <d> – средний размер зерна, мкм.

Pure polycrystalline cubic BN (PcBN) was produced as a result of solid phase transformation at 9–10 GPa and a temperature higher than 2250 °C for 40 s using initial quasi-crystalline bulk CVD BN. According to TEM study the grain sizes of the isotropic PcBN structure increases from 0.1–0.4 to 1–4 and ~20 μm as the temperature increases from 2250 to 2400 and 2550 °C, respectively. It was found that the Vickers and Knoop hardnesses (HV аnd HK at a normal indenters load of 4.9 N) of polycrystals increase essentially with decreasing grain sizes in the structure. The derived dependences correspond to the Hall - Petch relations HV (GPa) = 43.1 + 11.6/<d>1/2 and HK (GPa) = 39.28 + 6.10/<d>1/2, where <d> (mm) is the mean grain size.