Электроимпульсное плазменное спекание мелкозернистых керамик и твердых сплавов на основе карбида вольфрама

Цель работы – изучение механизмов высокоскоростного твердофазного спекания мелкозернистых керамик и сверхнизкокобальтовых твердых сплавов на основе карбида вольфрама (WC). Объекты исследования – плазмохимические нанопорошки карбида вольфрама со средним начальным размером частиц 70-90 нм. В исходных нанопорошках WC варьировалось: количество адсорбированного кислорода, внесенного углерода, добавок кобальта, оксида алюминия, оксида циркония, а также карбида кремния. Методология исследования – подходы и модели физического материаловедения, физические и физико-химические основы процессов спекания порошковых материалов, а также физические модели процессов эволюции микроструктуры керамических материалов. При изготовлении и исследовании образцов применялись следующие методы: электроимпульсное плазменное спекание, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, аттестация твердости по Виккерсу и трещиностойкости по методу Палмквиста, а также гидростатическое измерение плотности образцов. Основные результаты – установлена стадийность спекания порошков чистого карбида вольфрама, установлены доминирующие механизмы диффузионного массопереноса на каждой из стадий спекания; установлено и описано влияние количества адсорбированного кислорода, внесенных частиц углерода, сверхмалых добавок кобальта, добавок оксидов алюминия и циркония, а также карбида кремния на стадийность и на доминирующие механизмы уплотнения исходных порошков карбида вольфрама на каждой из стадий спекания, а также на физико-механические свойства спеченных керамик и твердых сплавов; показано, что основным механизмов высокотемпературной деформации керамик на основе карбида вольфрама является процесс степенной ползучести. Теоретическая значимость – предложена модель, описывающая стадийность уплотнения нанопорошков карбида вольфрама при высокоскоростном электроимпульсном плазменном спекании (ЭИПС); модель, описывающая влияние адсорбированного кислорода и графита на рост зерен и фазовый состав карбида вольфрама при ЭИПС. Практическая значимость – полученные в работе ультрамелкозернистые керамики и сверхнизкокобальтовые твердые сплавы на основе карбида вольфрама могут быть использованы для изготовления металлорежущих инструментов для точения, фрезерования и сверления металлов и сплавов. Разработанные керамики и твердые сплавы обладают высокими механическими свойствами: Hv= 25-29 ГПа и KⅠC = 5-7 МПа•м1/2. Область применения – результаты работы представляют интерес для организаций, работающих над созданием новых технологий получения керамик с повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками. Перспективами развития данного направления являются: возможность замены и/или сокращения количества кобальта в составе отечественных твердосплавных металлорежущих инструментов с одновременным сохранением и повышением требуемых эксплуатационных физико-механических характеристик, развитие методик исследования особенностей высокоскоростного спекания мелкозернистых керамических материалов.