Mechanical properties of diamond–TiB2 composites

Abstract

The presented paper characterizes the basic mechanical and physical properties of sintered diamond-titanium diboride (submicro) and diamond-titanium diboride (nano) composites. The effect of reduction of powder size from the submicron scale to the nano scale of the ceramic bonding phase (TiB₂) in diamond composites on selected mechanical properties (Young’s modulus, Vickers hardness, fracture toughness, coefficient of friction) has been reported. Composites were prepared from initial powders of diamond (MDA36, Element Six) with addition of 10 mass % submicron TiB₂ (H.C. Starck F) and 10 mass % nanopowder TiB₂ (American Elements). Compacts were sintered at pressure 8±0,5 GPa and 2233±50 K using the high pressure-high temperature Bridgman type apparatus. These investigations allow the possibility of using this materials to be enhacced as ceramic tool materials, in particular as burnishing tools.

Наведені основні механічні та фізичні властивості спечених композитів на основі алмазу з додаванням субмікро- та нано-дибориду титану. Вивчено вплив розміру частинок порошку від субмікронного до нано-рівня в керамічній (TiB₂) складовій алмазних композитів на їх механічні властивості (модуль Юнга, твердість за Віккерсом, в'язкість руйнування, коефіцієнт тертя). Композити були отримані з вихідних порошків алмазу (MDA36, Element Six) з додаванням 10 мас. % субмікронного TiB₂ (HC Starck F) або 10 мас. % нанопорошку TiB₂ (American Elements). Зразки спечені при тиску 8±0,5 ГПа і температурі 2233±50 К в апараті високого тиску типу тороїд. Результати досліджень вказують на можливість використання одержаних композитів як інструментальних матеріалів підвищеної якості, зокрема в інструментах для вигладжування.

Приведены основные механические и физические свойства спеченных композитов на основе алмаза с добавками субмикро- и нано-диборида титана. Изучено влияние размера частиц порошка от субмикронного до нано-уровня в керамической (TiB₂) составляющей алмазных композитов на их механические свойства (модуль Юнга, твердость по Виккерсу, вязкость разрушения, коэффициент трения). Композиты были получены из исходных порошков алмаза (MDA36, Element Six) с добавлением 10 масс. % субмикронного TiB₂ (HC Starck F) или 10 масс. % нанопорошка TiB₂ (American Elements). Образцы были спечены при давлении 8±0,5 ГПа и температуре 2233±50 К в аппарате высокого давления типа тороид. Результаты исследований указывают на возможность использования полученных композитов в качестве улучшенных инструментальных материалов, в частности в выглаживающих инструментах.