Determining the influence of ultra-dispersed aluminum nitride impurities on the structure and physical-mechanical properties of tool ceramics

Abstract

EN: This paper considers features related to manufacturing the chromium oxide-based tool material. The process involved ultra-dispersed powders made of aluminum nitride. It has been established that the destruction of chromium oxide at high sintering temperatures is prevented through the reaction sintering of chromium oxide (Cr2O3) and aluminum nitride (AlN).

It was established that the structure of the composite depends both on the temperature and the duration of hot pressing. Thermodynamic calculations of the interaction between Cr2O3 and AlN showed that this interaction begins at a temperature of 1,300 °C. In contrast to hot pressing in the air, no СrN and Сr2N compounds were formed in a vacuum. With increasing temperature, the content of Al2O3 in solid solution becomes maximum at a temperature of 1,700 °C in the case of hot pressing in the air while in vacuum the content of Al2O3 remains unchanged within the entire temperature range of 1,300–1,700 °C. When increasing the time of hot pressing to 30 minutes, the size of individual grains reaches 10 μm. It has been shown that in the sintering process involving Cr2O3 and AlN, the plasma-chemical synthesis produces the solid solution (Cr, Al)2O3 at the interphase boundary, which improves the mechanical properties of the material.

UA: Розглянуто особливості отримання інструментального матеріалу на основі оксиду хрому. При цьому було використано ультрадисперсні порошки з нітриду алюмінію. Встановлено, що деструкція оксиду хрому при високих температурах спікання запобігається за рахунок реакційного спікання оксиду хрому (Cr2O3) та нітриду алюмінію (AlN).

Встановлено, що структура композиту залежить як від температури, так і від часу гарячого пресування. Термодинамічні розрахунки взаємодії Cr2O3 з AlN показали, що взаємодія меж ними починається за температури 1300 °С. На відміну від гарячого пресування на повітрі, у вакуумі сполуки СrN та Сr2N не утворюються. З підвищенням температури вміст Al2O3 в твердому розчині стає максимальним за температури 1700 °С у разі гарячого пресування на повітрі, у вакуумі вміст Al2O3 залишається незмінним у всьому температурному діапазоні 1300–1700 °С. При збільшенні часу гарячого пресування до 30 хв, розмір окремих зерен досягає 10 мкм. Показано, що в процесі спікання меж Cr2O3 та AlN шляхом плазмохімічного синтезу на межах фаз утворюється твердий розчин (Cr, Al)2O3, який підвищує механічні властивості матеріалу.