Исследование структурных и механических свойств композиционной керамики системы AlMgB₁₄–TiB₂

Керамика AlMgB₁₄ известна как материал, характеризующийся повышенной твердостью в сочетании с низким коэффициентом трения. Композиционные структуры на основе данной керамики могут обладать еще более высокими прочностными характеристиками. В настоящей работе исследованы структурно-фазовые состояния и физико-механические свойства композиционной керамики системы AlMgB₁₄–TiB₂ с варьируемым содержанием TiB₂, полученной путем горячего прессования исходной шихты на основе предварительно синтезированных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза керамических порошков AlMgB₁₄ и TiB₂. Установлено, что получаемые материалы характеризуются композиционной структурой, представленной включениями TiB₂, распределенными в матрице AlMgB₁₄. Фазовый состав получаемых композитов аналогичен фазовому составу исходной шихты, при этом формируется от 5 до 9 мас. % шпинельной фазы MgAl₂O₄. Микротвердость композитов AlMgB₁₄–TiB₂ составляет до 19,9 ГПа (твердость керамики AlMgB₁₄, полученной аналогичным методом, без добавок составляет 7 ГПа). Предел прочности при трехточечном изгибе композиционных материалов системы AlMgB₁₄–TiB₂ составляет 309 МПа.

1. A new class of ultra-hard materials based on AlMgB14 / B. A. Cook et al. // Scr. Mater. Elsevier BV. – 2000. – V. 42, N 6. – P. 597–602.

2. Tribological study on a novel wear-resistant AlMgB14–Si composite / J. Chen et al. // Ceram. Int. – 2017. – V. 43, N 15. – P. 12362–12371.

3. Synthesis and mechanical properties of AlMgB14–Al composite / J. Jiang et al. // J. Alloys Compd. Elsevier. – 2020. – V. 818. – P. 152910.

4. Synthesis and characterization of AlMgB14 hot pressed under different environments / Z. Yumei et al. // Sci. Sintering. National Library of Serbia. – 2017. – V. 49, N 3. – P. 311–317.

5. AlMgB14–TiB2 composite materials obtained by self-propagating high-temperature synthesis and spark plasma sintering / P.Y. Nikitin et al. // Ceram. Int. – 2020. – V. 46, N 14. – P. 22733–22737.

6. Nikitin P. Y., Matveev A. E., Zhukov I. A. Energy-effective AlMgB14 production by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) using the chemical furnace as a source of heat energy // Ceram. Int. Elsevier BV. – 2021. – V. 47, N 15. – P. 21698–21704.

7. Phase content, structural and thermodynamic properties of AlMgB14, obtained by SHS using the chemical furnace / P.Y. Nikitin et al. // Proceedings of the International conference “Physical mesomechanics. Materials with multilevel hierarchical structure and intelligent manufacturing technology”. – AIP Publishing, 2022.

8. On the structure and properties of AlMgB14-TiB2 composites obtained from SHS powders by spark plasma sintering / P. Nikitin et al. // Materials (Basel). MDPI AG. – 2021. – V. 14, N 19. – P. 5521.

9. Zhou Y.M. et al. Effect of Y2O3 addition on microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered AlMgB14 and AlMgB14–TiB2 // Ceram. Int. Elsevier BV. – 2018. – V. 44, N 7. – P. 8591–8598.

10. Matkovich V.I., Economy J. Structure of MgAlB14 and a brief critique of structural relationships in higher borides // Acta Crystallogr. B. International Union of Crystallography (IUCr). – 1970. – V. 26, N 5. – P. 616–621.

11. Friction and wear mechanisms in AlMgB14-TiB2 nanocoatings / C. Higdon et al. // Wear. – 2011. – V. 271, N 9. – P. 2111–2115.

12. Analysis of wear mechanisms in low-friction AlMgB14–TiB2 coatings / B.A. Cook et al. // Surf. Coat. Technol. – 2010. – V. 205, № 7. – P. 2296–2301.

13. Tribological Characteristics of AlMgB14 and Nanocomposite AlMgB14–TiB2 Superhard Coatings / J. Qu et al. // STLE/ASME 2008 International Joint Tribology Conference. ASMEDC, 2008.

14. A study on ultra-hard AlMgB14 modified by TiB2 and Ni3Al / Y. M. Zhou et al. // Mater. Sci. For. Trans Tech Publications, Ltd. – 2016. – V. 848. – P. 607–612.

15. Mechanical properties and scratch test studies of new ultra-hard AlMgB14 modified by TiB2 / A. Ahmed et al. // Tribol. Int. – 2006. – V. 39, N 2. – P. 129–137.

16. Structure and flexural strength of the hot-pressed AlMgB14 ceramic / D. Tkachev et al. // Phys. Scr. IOP Publishing. – 2023. – V. 98, N 2. – P. 025703.

17. The use of intermetallic AlxMgy powder to obtain AlMgB14-based materials / I. A. Zhukov et al. // Mater. Today Commun. Elsevier BV. – 2020. – V. 22, N 100848. – P. 100848.

18. Tkachev D., Nikitin P., Zhukov I., Vorozhtsov A., Marchenko E., Verkhoshanskiy Y., Belchikov I. Structure and flexural strength of the hot-pressed AlMgB14 ceramic // Phys. Scr. – 2023. – V. 98, N 2. – P. 202398, 025703. https://doi.org/10.1088/1402-4896/acaeea