Reakcje regularnego azotku boru z wybranymi metalami: aspekty termodynamiczne, strukturalne, morfologiczne i praktyczne

Monografia ukazała się w ramach cyklu wydawniczego „Prace Instytutu Obróbki Skrawaniem. Zeszyty Naukowe”, nr 79, 1998 r.

Wykonano obliczenia składów równowagowych układów BN-metal, wykorzystując algorytm VCS. Obliczenia te wykonano dla układów: BN-Ti, BN-Zr, BN-Hf, Bn-V, BN-Nb, BN-Ta, BN-Cr, BN-Mo, Bn-Al, BN-TiH2 dla stosunków molowych BN-metal równych 1:1, 2:1 i w niektórych przypadkach 9:1, w bardzo szerokim przedziale ciśnień i temperatur (1.3E-3÷1E+07 Pa, 27÷2427°C). Z przeprowadzonych obliczeń równowag wynika, że wyżej wymienione metale reagują z azotkiem boru tworząc borki lub mieszaninę borków i azotków metali. Ilość i skład tworzących się faz uzależnione są od ciśnienia, temperatury i stosunków molowych BN i metalu. W celu sprawdzenia zgodności obliczeń teoretycznych składów równowagowych badanych układów z danymi doświadczalnymi wykonano spieki azotku boru z wymienionymi metalami w zmiennych parametrach spiekania (temperatura, ciśnienie). Eksperymenty potwierdziły zgodność obliczeń teoretycznych z danymi doświadczalnymi w zakresie ilości i składu tworzących się faz. W pracy przeprowadzono pomiary kąta zwilżania BN metalami, jak Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al i AlTi10. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia metali od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków zwilżalność badano metodami pośrednimi, stosując tzw. rozpuszczalniki (Ag, Au), które z tymi metalami tworzą niskotemperaturowe eutektyki. Metale IV grupy układu okresowego można uszeregować wg wzrastającej zwilżalności do BN następująco: Hf Zr Ti, natomiast metale V grupy tworzą szereg następujący: Ta Nb V. W tym samym kierunku w badanych układach zmienia się praca adhezji. Przeprowadzone badania próbek po pomiarach zwilżalności wskazały na zachodzące reakcje chemiczne na granicy BN-metal. Układy BN-Ti i BN-TiH2 przebadano, stosując różne metody. Badania te wykazały, że niezależnie od formy wprowadzenia Ti do spieku w efekcie końcowym tworzą się te same fazy (borki i azotki Ti). Pomiar twardości oraz określenie modułu Younga wykazały, że kompozyty azotku boru z metalami o największej reaktywności w stosunku do BN osiągają wysokie wartości twardości i modułu Younga. Spośród badanych materiałów najwyższymi wartościami twardości i modułu Younga charakteryzują się kompozyty z tytanową fazą wiążącą. Najlepsze parametry materiałowe uzyskane w przypadku zastosowania tytanu jako fazy wiążącej wskazują, że tytan jest najlepszym dodatkiem modyfikującym cBN.