Synthesis of titanium carbide and titanium diboride for metal processing and ceramics production

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 156 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Карбид и диборид титана относятся к бес - кислородным тугоплавким соединениям . Они характеризуются высокой твердостью и хими - ческой инертностью . Наиболее перспективным методом получения карбида титана является кар - ботермическое восстановление [1], а диборида титана – карбидоборное восстановление [2, 3]. Поскольку вольфрам дефицитен и очень до - рог , карбид титана используется в так называе - мых безвольфрамовых твердых сплавах ( БВТС ). Отечественной промышленностью освоен вы - пуск твердых сплавов на основе карбида титана марки ТН 20. Разработанный сплав по твердости соответствует , а по прочности приближается к вольфрамсодержащим маркам групп ВК и ТК и обладает высокой износостойкостью , понижен - ной склонностью к схватыванию с обрабатыва - емыми материалами , устойчив к окислению на воздухе при высоких температурах и к воздей - ствию агрессивных сред . Это позволяет реко - мендовать его к применению вместо ряда тради - ционных марок твердых сплавов [4]: – в области обработки металлов резанием при точении и фрезеровании малоуглеродистых , инструментальных и быстрорежущих сталей , цветных металлов и некоторых марок чугунов в условиях , где применяются стандартные сплавы Т 30 К 4, Т 15 К 6, Т 14 К 8, ВК 6 и ВК 8; – для изготовления измерительного инстру - мента , различных износостойких деталей и тех - нологической оснастки ( распылительные сопла , клапаны буровых насосов , матрицы пресс - форм и вытяжных штампов и т . д .) взамен стандарт - ных сплавов типа ВК ; – для армирования некоторых видов бурово - го инструмента . В публикации [5] сообщалось о получении керамики из карбида титана горячим прессова - нием смеси порошков титана и графита с добав - лением никеля при температуре 1200 о С и давле - нии 40 МПа в течение 30 минут . Относительная плотность ее достигала 98 %. Такая керамика , по мнению авторов , может быть использована в качестве режущего инструмента . В работе [6] керамический композиционный материал TiB 2 – TiC, предназначенный для использования в ка - честве режущего инструмента , получен горячим прессованием смеси порошков диборида и кар - бида титана в вакууме при температуре 1650 о С и давлении 40 МПа . При массовом отношении TiB 2 : TiC = 75 : 25 полученная керамика имела прочность на изгиб 920 МПа и микротвердость 22,6 ГПа . Значение трещиностойкости состави - ло 7,6 МПа · м 0,5 . В публикации [7] керамический композиционный материал TiB 2 –TiC+Al 2 O 3 , так - же предназначенный для использования в каче - стве режущего инструмента , получен смешива - нием порошков TiB 2 , TiC и Al 2 O 3 с последующим горячим прессованием в вакууме при температу - ре 1650 о С и давлении 30 МПа . Полученные об - разцы имели прочность на изгиб 1100±62 МПа и твердость 21,53±0,36 ГПа . Значение трещино - стойкости составило 8,5 ± 0,8 МПа · м 0,5 . Помимо вышесказанного возможно использование карби - да титана в износостойких покрытиях , характе - ризующихся высокими значениями микротвер - дости [8, 9]. Абразивная обработка является одной из важнейших операций в машиностроении и для ее выполнения в некоторых отраслях промыш - ленности отводится до 60 % станочного парка . Между тем традиционные абразивы ( корунд , кар - биды кремния и бора ) полностью не удовлетво - ряют всем требованиям , предъявляемым к этим материалам [10]. Перспективным абразивным материалом является карбид титана . Сочетание высокой твердости и некоторой пластичности наряду с химической инертностью по отноше - нию к металлам группы железа , являющимся основой большинства шлифуемых конструкци - онных материалов , обусловливает высокую эф - фективность его использования для абразивной обработки . В статье [11] разработана технология получения карбида титана методом самораспро - страняющегося высокотемпературного синтеза ( СВС ). Порошок карбида титана , полученный таким способом , имеет следующий химический состав , масс .%: С связ 19,3…19,7; С своб и О не бо - лее 0,3; N – следы ; сумма примесей , определяе - мая спектральным анализом , не более 0,25. При испытаниях на абразивную способность уста - новлено , что по этому показателю порошок кар - бида титана , полученный методом СВС , превос - ходит порошок , полученный карботермическим восстановлением оксида титана . Следовательно , он является высококачественным , технологич - ным и экономичным инструментальным мате - риалом . Наибольший технико - экономический