blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-7-506-512blackmet-698Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИMATERIAL SCIENCE AND NANOTECHNOLOGIESВЛИЯНИЕ СПЛАВОВ-КАТАЛИЗАТОРОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ПО ОТНОШЕНИЮ К УГЛЕРОДУ АДГЕЗИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НА СИНТЕЗ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗОВ «КАРБОНАДО»INFLUENCE OF ALLOYS-CATALYSTS WITH VARIOUS ADHESIVE PROPERTIES TO CARBON ON THE SYNTHESIS OF CARBONADO POLYCRYSTALLINE DIAMONDЛаптевА. И.LaptevA. I.

д.т.н., ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов 

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher of the Laboratory “Superhard materials”

4, Leninskii ave., Moscow, 119049, Russia

laptev@misis.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation201503102015587506512Copyright © Лаптев А.И., 20152015Лаптев А.И.Laptev A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/698

Аннотация. Проведено изучение влияния молибдена, титана, тантала, бора и углерода на смачивание пирографита расплавами на основе нихрома (Х20Н80). Измерены поверхностные натяжения расплавов, краевые углы смачивания расплавами пирографита и рассчитана работа адгезии расплавов к пирографиту. Изученные сплавы применяли в качестве катализаторов для синтеза поликристаллических алмазов «карбонадо». Установлено, что поскольку синтез карбонадо, в отличие от синтеза монокристаллов и порошков алмаза, протекает глубоко в области термодинамической стабильности алмаза, влияние адгезионных характеристик сплавов-катализаторов существенного влияния на процесс образования поликристаллов не оказывает.

Abstract. The authors have studied the infl uence of molybdenum, titanium, tantalum, boron and carbon on wetting of pyrographite melts based on nickel-chromium alloys (Ni20Cr80). The surface tension, contact angles of melts to pyrographite were measured and work of adhesive melts to pyrographite were calculated. The studied alloys are used as catalysts for the synthesis of Carbonado polycrystalline diamond. It was found that as the synthesis of Carbonado proceeds deep in the area of thermodynamic stability of the diamond unlike synthetic of diamond single crystals and powders, the infl uence of the adhesive characteristics of the alloys-catalysts has not signifi cant impact on the process of polycrystals formation.

карбонадосинтезсплавы-катализаторысмачиваниеповерхностное натяжениеработа адгезиипирографитcarbonado polycrystalline diamondsynthesisalloys-catalystsmoisteningsurface tensionadhesion workpyrographiteReferencesЛаптев А.И. Классификация синтетических поликристаллических алмазов «баллас» и «карбонадо» // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 1. С. 51 – 55. Laptev A. I. Classifi cation of Ballas and Carbonado Synthetic Polycrystalline Diamonds. Steel in Translation. 2014. Vol. 44, no. 1, pp. 29–33.Лаптев А.И. Классификация синтетических поликристаллических алмазов «баллас» и «карбонадо» // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 1. С. 51 – 55. Laptev A. I. Classifi cation of Ballas and Carbonado Synthetic Polycrystalline Diamonds. Steel in Translation. 2014. Vol. 44, no. 1, pp. 29–33.Ермолаев А.А., Лаптев А.И., Поляков В.П. Влияние состава сплава-катализатора на механизм синтеза и состав фаз поликристаллического алмаза «карбонадо» // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2000. № 2. С. 62 – 65. Ermolaev A.A., Laptev A.I., Polyakov V.P. The infl uence of the alloy-catalyst composition on the synthesis mechanism and composition of the phases of Carbonado polycrystalline diamond. Izvestiya VUZov. Tsvetnaya metallurgiya. 2000, no. 2, pp. 62–65. (In Russ.).Ермолаев А.А., Лаптев А.И., Поляков В.П. Влияние состава сплава-катализатора на механизм синтеза и состав фаз поликристаллического алмаза «карбонадо» // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2000. № 2. С. 62 – 65. Ermolaev A.A., Laptev A.I., Polyakov V.P. The infl uence of the alloy-catalyst composition on the synthesis mechanism and composition of the phases of Carbonado polycrystalline diamond. Izvestiya VUZov. Tsvetnaya metallurgiya. 2000, no. 2, pp. 62–65. (In Russ.).Найдич Ю.В., Логинова О.Б., Перевертайло В.М. и др. Межфазные и капиллярные явления в процессе синтеза алмаза при высоких давлениях в присутствие металлических расплавов // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1981. № 7. С. 12 – 20. Naidich Yu.V., Loginova O.B., Perevertailo V.M. etc. Interphase and capillary phenomenon in the synthesis process of diamond at high pressure in the presence of molten metals. Adgeziya rasplavov i paika materialov. 1981, no. 7, pp. 12–20. (In Russ.).Найдич Ю.В., Логинова О.Б., Перевертайло В.М. и др. Межфазные и капиллярные явления в процессе синтеза алмаза при высоких давлениях в присутствие металлических расплавов // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1981. № 7. С. 12 – 20. Naidich Yu.V., Loginova O.B., Perevertailo V.M. etc. Interphase and capillary phenomenon in the synthesis process of diamond at high pressure in the presence of molten metals. Adgeziya rasplavov i paika materialov. 1981, no. 7, pp. 12–20. (In Russ.).Синтез минералов. В 2-х томах. Т. 1. / В.Е. Хаджи, Л.И. Цинобер, Л.М. Штеренлихт и др. – М.: Недра, 1987. – 487 с. Khadzhi V.E., Tsinober L.I., Shterenlikht L.M. etc. Sintez mineralov. Vols. 1–2 [Synthesis of minerals]. Vol. 1. Moscow: Nedra, 1987. 487 p. (In Russ.).Синтез минералов. В 2-х томах. Т. 1. / В.Е. Хаджи, Л.И. Цинобер, Л.М. Штеренлихт и др. – М.: Недра, 1987. – 487 с. Khadzhi V.E., Tsinober L.I., Shterenlikht L.M. etc. Sintez mineralov. Vols. 1–2 [Synthesis of minerals]. Vol. 1. Moscow: Nedra, 1987. 487 p. (In Russ.).Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. – Киев: Наукова думка, 1972. – 196 с. Naidich Yu.V. Kontaktnye yavleniya v metallicheskikh rasplavakh [Contact phenomena in metallic melts]. Kiev: Naukova dumka, 1972. 196 p. (In Russ.).Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. – Киев: Наукова думка, 1972. – 196 с. Naidich Yu.V. Kontaktnye yavleniya v metallicheskikh rasplavakh [Contact phenomena in metallic melts]. Kiev: Naukova dumka, 1972. 196 p. (In Russ.).Пайка и металлизация сверхтвердых инструментальных материалов / Ю.В. Найдич, Г.А. Колесниченко, И.А. Лавриненко и др. – Киев: Наукова думка, 1977. – 188 с. Naidich Yu.V., Kolesnichenko G.A., Lavrinenko I.A. etc. Paika I metallizatsiya sverkhtverdykh instrumental’nykh materialov [Soldering and metallization of super-hard tool materials]. Kiev: Naukova dumka, 1977. 188 p. (In Russ.).Пайка и металлизация сверхтвердых инструментальных материалов / Ю.В. Найдич, Г.А. Колесниченко, И.А. Лавриненко и др. – Киев: Наукова думка, 1977. – 188 с. Naidich Yu.V., Kolesnichenko G.A., Lavrinenko I.A. etc. Paika I metallizatsiya sverkhtverdykh instrumental’nykh materialov [Soldering and metallization of super-hard tool materials]. Kiev: Naukova dumka, 1977. 188 p. (In Russ.).Найдич Ю.В., Уманский В.П., Лавриненко И.А. Прочность алмазометаллического контакта и пайка алмазов. – Киев: Наукова думка, 1988. – 135с. Naidich Yu.V., Umanskii V.P., Lavrinenko I.A. Prochnost’ almazometallicheskogo kontakta i paika almazov [The strength of diamondmetal contact and soldering of diamonds]. Kiev: Naukova dumka, 1988. 135 p. (In Russ.).Найдич Ю.В., Уманский В.П., Лавриненко И.А. Прочность алмазометаллического контакта и пайка алмазов. – Киев: Наукова думка, 1988. – 135с. Naidich Yu.V., Umanskii V.P., Lavrinenko I.A. Prochnost’ almazometallicheskogo kontakta i paika almazov [The strength of diamondmetal contact and soldering of diamonds]. Kiev: Naukova dumka, 1988. 135 p. (In Russ.).Иващенко Ю.Н., Богатыренко Б.Б., Еременко В.Н. К вопросу о расчете поверхностного натяжения жидкости по размерам лежащей капли – В кн.: Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. – Киев, 1963. С. 391 – 417. Ivashchenko Yu.N., Bogatyrenko B.B., Eremenko V.N. K voprosu o raschete poverkh-nostnogo natyazheniya zhidkosti po razmeram lezhashchei kapli [On the question of calculating the tension of liquid by the size of lying] In.: Poverkhnostnye yavleniya v rasplavakh i protsessakh poroshkovoi metallurgii [Surface phenomena in melts and processes of powder metallurgy]. Kiev, 1963, pp. 391–417. (In Russ.).Иващенко Ю.Н., Богатыренко Б.Б., Еременко В.Н. К вопросу о расчете поверхностного натяжения жидкости по размерам лежащей капли – В кн.: Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. – Киев, 1963. С. 391 – 417. Ivashchenko Yu.N., Bogatyrenko B.B., Eremenko V.N. K voprosu o raschete poverkh-nostnogo natyazheniya zhidkosti po razmeram lezhashchei kapli [On the question of calculating the tension of liquid by the size of lying] In.: Poverkhnostnye yavleniya v rasplavakh i protsessakh poroshkovoi metallurgii [Surface phenomena in melts and processes of powder metallurgy]. Kiev, 1963, pp. 391–417. (In Russ.).Schenck H., Fronberg M. G., Steinmetz E. Untersuchungen uber wechselseitige Aktivitatseinfl usse in homogenen metallishen Mehrstoffl osungen //Archiv f.d. Eisenhuttenwesen. 1963. Vol. 34. No. 1. Р. 37 – 47.Schenck H., Fronberg M. G., Steinmetz E. Untersuchungen uber wechselseitige Aktivitatseinfl usse in homogenen metallishen Mehrstoffl osungen //Archiv f.d. Eisenhuttenwesen. 1963. Vol. 34. No. 1. Р. 37 – 47.Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. – М.: Металлургия, 1976. – 560 с. Samsonov G.V., Vinitskii I.M. Tugoplavkie soedineniya [Refractory compounds]. Moscow: Metallurgiya, 1976. 560 p. (In Russ.).Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. – М.: Металлургия, 1976. – 560 с. Samsonov G.V., Vinitskii I.M. Tugoplavkie soedineniya [Refractory compounds]. Moscow: Metallurgiya, 1976. 560 p. (In Russ.).Левшин Г.А., Алексеев В.И. Термодинамические свойства сплавов системы никель–титан // Журнал физической химии. 1979. Т. 53. № 3. С. 769 – 772. Levshin G.A., Alekseev V.I. Thermodynamic properties of the alloys of nickel-titanium system. Zhurnal fi zicheskoi khimii. 1979. Vol. 53, no. 3, pp. 769–772. (In Russ.).Левшин Г.А., Алексеев В.И. Термодинамические свойства сплавов системы никель–титан // Журнал физической химии. 1979. Т. 53. № 3. С. 769 – 772. Levshin G.A., Alekseev V.I. Thermodynamic properties of the alloys of nickel-titanium system. Zhurnal fi zicheskoi khimii. 1979. Vol. 53, no. 3, pp. 769–772. (In Russ.).Лякишев И.П., Снитко Ю.П., Алексеев В.И. и др. Термодинамика реакций образования интерметаллидов Ni3Ta и Ni2Ta // Докл. АН СССР. 1981. Т. 255. № 6. С. 1404. Lyakishev I.P., Snitko Yu.P., Alekseev V.I. etc. Thermodynamics of formation reactions of intermetallic compounds Ni3Ta Ni2Ta. Dokl. AN SSSR. 1981. Vol. 255, no. 6. p. 1404. (In Russ.).Лякишев И.П., Снитко Ю.П., Алексеев В.И. и др. Термодинамика реакций образования интерметаллидов Ni3Ta и Ni2Ta // Докл. АН СССР. 1981. Т. 255. № 6. С. 1404. Lyakishev I.P., Snitko Yu.P., Alekseev V.I. etc. Thermodynamics of formation reactions of intermetallic compounds Ni3Ta Ni2Ta. Dokl. AN SSSR. 1981. Vol. 255, no. 6. p. 1404. (In Russ.).Мешков Л.Л., Гузей Л.С., Соколовская Е.М. Термодинамическое исследование системы никель–молибден // Журнал физической химии. 1975. Т. 49. № 8. С. 1917 – 1920. Meshkov L.L., Guzei L.S., Sokolovskaya E.M. Thermodynamic investigation of the nickel-molybdenum system. Zhurnal fi zicheskoi khimii. 1975. Vol. 49, no. 8, pp. 1917–1920. (In Russ.).Мешков Л.Л., Гузей Л.С., Соколовская Е.М. Термодинамическое исследование системы никель–молибден // Журнал физической химии. 1975. Т. 49. № 8. С. 1917 – 1920. Meshkov L.L., Guzei L.S., Sokolovskaya E.M. Thermodynamic investigation of the nickel-molybdenum system. Zhurnal fi zicheskoi khimii. 1975. Vol. 49, no. 8, pp. 1917–1920. (In Russ.).Hultgren R. Selected values of the thermodinamic properties of binary alloys. 1973. – 1435 p.Hultgren R. Selected values of the thermodinamic properties of binary alloys. 1973. – 1435 p.Алексеев В.И., Левшин Г.А. Исследование термодинамических свойств некоторых сплавов на основе никеля// Изв. вуз. Черная металлургия. 1980. № 11. С.19 – 24. Alekseev V.I., Levshin G.A. A study of the thermodynamic properties of some nickel-based alloys. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1980, no. 11, pp. 19–24. (In Russ.).Алексеев В.И., Левшин Г.А. Исследование термодинамических свойств некоторых сплавов на основе никеля// Изв. вуз. Черная металлургия. 1980. № 11. С.19 – 24. Alekseev V.I., Levshin G.A. A study of the thermodynamic properties of some nickel-based alloys. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1980, no. 11, pp. 19–24. (In Russ.).Алексеев В.И., Дегтярева И.В., Левшин Г.А. Термодинамические свойства сплавов Ni – Cr – C, Ni – Ti, Ni – Ti – C и растворимость избыточных фаз в матрице на основе никеля. – В кн.: Диаграммы состояния металлических систем. – М.: Наука, 1981. С. 91 – 98. Alekseev V.I., Degtyareva I.V., Levshin G.A. Termodinamicheskie svoistva splavov Ni – Cr – C, Ni – Ti, Ni – Ti – C i rastvorimost’ izbytochnykh faz v matritse na osnove nikelya [The thermodynamic properties of Ni – Cr – C, Ni – Ti, Ni – Ti – C alloys and solubility of excess phases in the matrix on the basis of nickel]. In.: Diagrammy sostoyaniya metallicheskikh system [The phase diagrams of metallic systems]. Moscow: Nauka, 1981, pp. 91–98. (In Russ.).Алексеев В.И., Дегтярева И.В., Левшин Г.А. Термодинамические свойства сплавов Ni – Cr – C, Ni – Ti, Ni – Ti – C и растворимость избыточных фаз в матрице на основе никеля. – В кн.: Диаграммы состояния металлических систем. – М.: Наука, 1981. С. 91 – 98. Alekseev V.I., Degtyareva I.V., Levshin G.A. Termodinamicheskie svoistva splavov Ni – Cr – C, Ni – Ti, Ni – Ti – C i rastvorimost’ izbytochnykh faz v matritse na osnove nikelya [The thermodynamic properties of Ni – Cr – C, Ni – Ti, Ni – Ti – C alloys and solubility of excess phases in the matrix on the basis of nickel]. In.: Diagrammy sostoyaniya metallicheskikh system [The phase diagrams of metallic systems]. Moscow: Nauka, 1981, pp. 91–98. (In Russ.).Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1972. – 247 с. Wilson J.R. The Structure Of Liquid Metals And Alloys. Metall Rev, 1965. (Russ.ed.: Wilson J.R. Struktura zhidkikh metallov i splavov. Moscow: Metallurgiya, 1972. 247 p.).Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1972. – 247 с. Wilson J.R. The Structure Of Liquid Metals And Alloys. Metall Rev, 1965. (Russ.ed.: Wilson J.R. Struktura zhidkikh metallov i splavov. Moscow: Metallurgiya, 1972. 247 p.).Филиппов Е.С. Строение, физика и химия металлургических расплавов. – М.: Металлургия, 1995. – 304 с. Filippov E.S. Stroenie, fi zika i khimiya metallurgicheskikh rasplavov [The structure, physics and chemistry of metallurgical melts]. Moscow: Metallurgiya, 1995. 304 p. (In Russ.).Филиппов Е.С. Строение, физика и химия металлургических расплавов. – М.: Металлургия, 1995. – 304 с. Filippov E.S. Stroenie, fi zika i khimiya metallurgicheskikh rasplavov [The structure, physics and chemistry of metallurgical melts]. Moscow: Metallurgiya, 1995. 304 p. (In Russ.).Чепелева В.П., Делеви В.Г., Кизиков Э.Д. и др. Структурообразование сплава титан – никель эвтектического состава // Порошковая металлургия. 1984. № 1. С. 66 – 71. Chepeleva V.P., Delevi V.G., Kizikov E.D. etc. Structurization of titanium – nickel alloy with eutectic composition. Poroshkovaya metallurgiya. 1984, no. 1, pp. 66–71. (In Russ.).Чепелева В.П., Делеви В.Г., Кизиков Э.Д. и др. Структурообразование сплава титан – никель эвтектического состава // Порошковая металлургия. 1984. № 1. С. 66 – 71. Chepeleva V.P., Delevi V.G., Kizikov E.D. etc. Structurization of titanium – nickel alloy with eutectic composition. Poroshkovaya metallurgiya. 1984, no. 1, pp. 66–71. (In Russ.).Bashforth F., Adams I. An attempt to test the theories of capillary action. – Cambridge, 1883.Bashforth F., Adams I. An attempt to test the theories of capillary action. – Cambridge, 1883.Nojkina A.V., Laptev A.I., Ermolaev A.A. Infl uence of synthesis and composition conditions on strength characteristics of synthetic carbonado-type diamonds // High Pressure Research. 2002. Vol. 22. P. 545 – 549.Nojkina A.V., Laptev A.I., Ermolaev A.A. Infl uence of synthesis and composition conditions on strength characteristics of synthetic carbonado-type diamonds // High Pressure Research. 2002. Vol. 22. P. 545 – 549.Лаптев А.И., Манухин А.В., Санников Д.С., Ермолаев А.А. Механические свойства и фазовый состав «карбонадо», синтезированных в различных металлических системах // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2002. № 2. С. 51 – 54. Laptev A.I., Manukhin A.V., Sannikov D.S., Ermolaev A.A. Mechanical properties and phase composition of Carbonado synthesized in a variety of metal systems. Izvestiya VUZov. Tsvetnaya metallurgiya. 2002, no. 2, pp. 51–54. (In Russ.).Лаптев А.И., Манухин А.В., Санников Д.С., Ермолаев А.А. Механические свойства и фазовый состав «карбонадо», синтезированных в различных металлических системах // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2002. № 2. С. 51 – 54. Laptev A.I., Manukhin A.V., Sannikov D.S., Ermolaev A.A. Mechanical properties and phase composition of Carbonado synthesized in a variety of metal systems. Izvestiya VUZov. Tsvetnaya metallurgiya. 2002, no. 2, pp. 51–54. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.