Программа Президиума РАН № 35 «Научные основы создания новых функциональных материалов». Проект "Разработка фундаментальных основ создания новых бескислородных функциональных материалов в системе кубический нитрид бора-наноалмаз."

Развитие современной авиакосмической и машиностроительной отраслей промышленности невозможно без использования сверхтвердых функциональных наноматериалов нового поколения для обеспечения высокопроизводительной механообработки труднообрабатываемых закаленных сталей, жаростойких сплавов и волокнистых композитов, а именно высокоскоростная токарная и фрезерная обработка, сверление отверстии. В настоящее время значительные сложности в обработке вышеперечисленных материалов возникают при использовании «классических» инструментальных материалов твердого сплава и быстрорежущей стали, что существенно понижает производительность по выпуску деталей или не позволяет обрабатывать резанием. Похожие проблемы возникают в нефтегазовой и горнорудной отраслях при решении задач вертикального и наклонного бурения горных пород с крепостью более 10 единиц по шкале проф. Протодьяконова и вращательного бурения «шпуров» для разработки угольных месторождений. В значительной части все эти проблемы можно решить использованием инструмента со вставками из сверхтвердых материалов. Поликристаллический кубический нитрид бора (КНБ) и поликристаллический алмаз (ПКА), обладают существенными преимуществами по твердости (КНБ ≤ 35 ГПа, PCD ≤ 50 ГПа) и износостойкости (КНБ - 0,1 мм, PCD - 0,1 мм) перед классическим твердым сплавом (ВК8 - 18ГПа, износостойкость ≥2,0 мм) и быстрорежущей сталью (Р6М5 - 8,4 ГПа, износостойкость ≥4,0 мм). Однако существенным недостатком поликристаллического кубического нитрида бора и поликристаллического алмаза, как отдельных видов функциональных материалов, является невысокая трещиностойкость (K1C), которая составляет 5,0 МПа·м1/2 и 8,9 МПа·м1/2, соответственно. Для сравнения величина K1C для твердого сплава составляет 17,0 МПа·м1/2. Таким образом, существует крайняя необходимость в разработке научных основ создания новых функциональных материалов с высоким комплексом свойств: твердость не менее 45 ГПа, износостойкость не менее 0,1 мм, термостойкость не менее 1100°С, а также трещиностойкость K1C не менее 12 МПа·м1/2.Одним из возможных путей создания функциональных наноматериалов является совмещение свойств кубического нитрида бора и наноалмаза, однако для разработки научных основ создания функциональных наноматериалов нового поколения крайне необходимо изучить влияние добавок наночастиц «core-shell», g-C3N4, а также вещества 1,2,4 – триазол и P-T параметров на формирование пограничных межзеренных связей в спеченных образцах. Интерес использования наночастиц «core-shell» заключается в выполнении ими двух функций при термобарической обработке: первая функция «каталитическая», а именно ингибирование обратного перехода наноалмаз-графит за счет частичного растворения графита в оболочке частицы «core-shell» и перекристаллизации наноалмаза на межзеренных границах при превышении P-T параметров линии равновесия «графит-алмаз», вторая функция «реакционная», а именно обеспечение химического взаимодействия ядра частицы «core-shell» с образованием новых фаз на границах между зернами. Применение наночастицg-C3N4 обусловлено возможностью их трансформации при термобарической обработке в алмазоподобныйb-C3N4, что, потенциально, позволит создать прочные межзеренные границы материала. Использование веществ 1,2,4 – триазол позволит создать «флюидную» фазу для обеспечения массопереноса с образованием новых пограничных фаз при термобарической обработке.