Абразивні матеріали

Визначення і загальна характеристика

АБРАЗИ́ВНІ МАТЕРІА́ЛИ (від лат. abrasio — зіскоблюва­н­ня, зіскріба­н­ня) — клас матеріалів, що від­різняються найвищими показниками твердості та унікальним комплексом фізико-механічних характеристик (міцністю, пружністю, зносо­стійкістю, тепло­провід­ністю, корозіє­стійкістю, радіаційною стійкістю). Клас надтвердих матеріалів (НТМ) ви­значений завдяки працям укр. науковців (М. Новикова, П. Кислого, О. Шульженка, В. Бондаренка, В. Соложенка). Роз­різняють А. м. природні — алмаз, кремінь, корунд, кварц, гранат, пемза та ін.; штучні — електрокорунд, синтетич. алмаз, карбід кремнію, боразон, ельбор, кубоніт тощо. Найбільша твердість у природі властива алмазові. У прийнятій від­нос. шкалі твердості за Моосом (1811) твердість алмазу має найвищий бал 10. На другому місці — корунд (Аl₂О₃) — 9 балів. Однак фіз.-мех. ви­пробува­н­ня на мікротвердомірі довели, що твердість корунду в 5 разів менша. Виходячи з цього, було ви­значено, що до класу НТМ належать моно- і полікри­стал. матеріали, мікротвердість яких вища за мікротвердість корунду. Наукові дослідже­н­ня укр. вчених довели, що комплекс фіз.-мех. властивостей НТМ зумовлюють такі чин­ники: спрямований ковалент. звʼязок атомів у кри­стал. ґратці, локалізація валент. електронів та утворе­н­ня енергетично най­стійкіших електрон. конфігурацій на субатом. рівні. Другим за твердістю після алмазу НТМ є кубіч. нітрид бору, одержаний за технологією алмаз. синтезу з гексагональної графітоподіб. модифікації шляхом її пере­творе­н­ня в кубічну алмазоподібну модифікацію із симетрич. побудовою атом. звʼязків у кри­сталі. Твердість речовин може бути аналітично встановлена з ви­значе­н­ня енергії між­атом. звʼязків, рівня ковалентності, між­атом. від­стані та характеристик опору деформуван­ню та руйнуван­ню. Серед неметалевих тугоплав. сполук виявлено 10 надтвердих речовин, серед металоподіб. тугоплавких речовин — значно більше: 57 боридів, 15 карбідів та 2 нітриди. Іншою основою класифікації НТМ слід вважати технологію їх одержа­н­ня за екс­тремально високих тисків і температур. Остан. часом досягнуто значних успіхів у отриман­ні алмазу за низького тиску шляхом осаджува­н­ня із газ. фази (метод CVD). Таким методом одержують зразки полікри­стал. та аморф. алмаз. плівок товщиною до 1 мм і площею в декілька см². В Україні високо­якісні CVD алмаз. плівки виготовляють у Харків. фіз.-тех. ін­ституті, Ін­ституті надтвердих матеріалів, Ін­ституті монокри­сталів (усі — НАНУ). Методом CVD, крім алмаз. плівок, одержано й ін. нетрадиц. надтверді і тверді матеріали. Це алмазоподібні вуглецеві (а-С) і гідровуглецеві (а-С:Н) плівки. Твердість аморф. алмазоподібного вуглецю на­ближається до твердості алмазу, а від­сутність кри­стал. ґратки (далекого порядку) робить його тріщино­стійкість набагато вищою від алмазу. З часток А. м. виготовляють абразив. порошки, що їх використовують у вільному стані (пасти і суспензії), та різальні частини абразив. інструментів, що від­різняються від ін. різал. інструментів здатністю до самозагострюва­н­ня. Абразивні інструменти бувають жорсткі (напр., шліфувал. круги, бруски) та мʼякі (напр., шліфувал. шкірки); їх використовують для мех. обробки металів і сплавів, скла, кераміки, гірських порід тощо.

Літ.: Без­руков Г. Н. и др. Синтетический алмаз. Москва, 1976; Сверхтвердые материалы. К., 1980; Верещагин Л. Ф. Синтетические алмазы и гидроэкструзия. Москва, 1982; Гаршин А. П. и др. Абразивные материалы. Ленин­град, 1983; Захаренко И. П. Сверхтвердые абразивные материалы в инструментальном производстве. К., 1985; Синтетические сверхтвердые материалы. Т. 1–3. К., 1986; Голубев А. С. и др. Нитрид бора: Структура, свойства, получение. К., 1987; Шило А. Е. Стеклопокрытия для порошков сверхтвердых материалов. К., 1988; Добровольский А. Г., Кошеленко И. И. Абразивная износо­стойкость материалов: Справоч. пособ. К., 1989; Поляков В. П. и др. Алмазы и сверхтвердые материалы: Учеб. пособ. Москва, 1990; Верещагин В. А., Журавлев В. В. Композицион­ные алмазосодержащие материалы и покрытия. Минск, 1991; Графитизация и алмазообразование. Москва, 1991; Шило А. Е. Абразивосодержащие композиты из сверхтвердых материалов: Сб. науч. тр. К., 1992; Новиков Н. В. и др. Со­противление разрушению сверхтвердых композицион­ных материалов. К., 1993; Соз­дание, свойства и применение сверхтвердых и композицион­ных материалов и покрытий: Сб. науч. тр. К., 1993; Синтез, спекание и свойства кубического нитрида бора. К., 1993; Полиморфные модификации углерода и нитрида бора: Справоч. Москва, 1994; N. Novikov, S. Dub. Hardness and fracture toughness of CVD diamonds film // Diamond and Related Materials. 1995. Vol. 5, № 10; Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов: Сб. науч. тр. К., 2000.

М. В. Новиков

Завантажити статтю