ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ КАРБИДА БОРА ПОСЛЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Аннотация
В настоящей работе предпринята попытка электронно-микроскопического исследования особенностей поверхности порошка карбида бора после его обработки в планетарной мельнице. Карбид бора B4C - это твердый, прочный и легкий материал, который обладает рядом выдающихся химических, физических и механических свойств и используется в условиях интенсивных ударных нагрузок. Учитывая высокую твердость карбида бора, изучение его механических свойств в условиях экстремальных контактных давлений представляет фундаментальный интерес. Порошок карбида бора в смеси с порошком кремния в течение 2 ч обрабатывали в мельнице Fritsch Planetary Micro Mill PULVERISETTE 7. Использование кремния связано с тем, что его твердость значительно уступает твердости карбида бора, и кремний в процессе обработки в мельнице представляет собой демпфирующий материал. Цикл обработки состоял из 1 мин измельчения и 3 мин охлаждения. Электронно-микроскопические исследования проводили на высокоразрешающем приборе JEM-2010. Обнаружено, что межплоскостное расстояние для плоскостей {203} на поверхности частиц увеличивается от 0,2077 нм до 0,2400 нм, тогда как для плоскостей {111} на поверхности частиц наблюдается как увеличение, так и уменьшение межплоскостных расстояний. Для плоскостей {011} вблизи поверхности обнаружена политипия, которая заканчивается аморфной полосой толщиной около 2 нм на поверхности частицы. Обнаруженное изменение межплоскостных расстояний в поверхностном слое карбида бора в результате обработки в мельнице является важной особенностью этого материала. Такой эффект ранее наблюдали только для алмаза.
Для цитирования:
Кульницкий Б.А., Гордеева Т.А., Овсянников Д.А., Бланк В.Д. Особенности поверхности карбида бора после механохимической обработки. Электронно-микроскопические исследования. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 11. С. 34-40. DOI: 10.6060/ivkkt.20256811.15y.
Литература
Sepelak V., Becker S., Bergmann I., Indris S., Scheuermann M., Feldhoff A., Kubel C., Bruns M., Sturzl N., Ulrich A., Ghafari M., Hahn H., Grey C., Beckerbk K., Heitjansbe P. Nonequilibrium structure of Zn2SnO4 spinel nanoparticles. J. Mater. Chem. 2012. V. 22. N 7. P. 3117-3126. DOI: 10.1039/c2jm15427g.
Boyko Yu.I., Korshak V.F. Surface structural relaxation and plasticity of nanocrystals. VANT. 2015. N 5(99). P. 77-80 (in Russian).
Balaz P., Achimovicova M., Balaz M., Billik P., Cherkezova-Zheleva Z., Criado J.M., Delogu F., Dutkova E., Gaffet E., Gotor F.J., Kumar R., Mitov I., Rojac T., Senna M., Streletskii A., Wieczorek-Ciurowa K. Hallmarks of mechanochemistry: from nanoparticles to technology. Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 7571–7637. DOI: 10.1039/c3cs35468g.
Domnich V., Reynaud S., Haber R.A., Chhowalla M. Boron carbide: structure, properties, and stability under stress. J. Am. Ceram. Soc. 2011. V. 94. N 11. P. 3605–3628. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04865.x.
Werheitm H. Boron carbide: Consistency of components, lattice parameters, fine structure and chemical composition makes the complex structure reasonable. Solid State Sci. 2016. V. 60. P. 45-54. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2016.08.006.
Annenkov M., Blank V., Kulnitskiy B., Larionov K., Ovsyannikov D., Perezhogin I., Popov M., Sorokin P. Boron carbide nanoparticles for high-hardness ceramics: Crystal lattice defects after treatment in a planetary ball mill. J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. N 4. P. 1349–1353. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.001.
Gordeeva T.A., Kulnitskiy B.A., Popov M.Yu., Ovsyan-nikov D.A., Blank V.D. Structural features of silicon, ger-manium and diamond after processing in a planetary mill. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12. P. 60-65 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.6y.
Vladimirov G.G. Physics of the surface of solids (Fizika poverkhnosti tverdykh tel). SPb.: Lan'. 2022. 352 p. (in Russian).
Sokolov J., Jona F., Marcus P.M. Multilayer relaxation of a clean bcc Fe {111) surface. J. Phys. Rev. B. 1986. V. 33. N 2. P. 1397-1400. DOI: 10.1103/physrevb.33.1397.
Annenkov M.R., Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Ovsyannikov D.A., Popov M.Yu., Blank V.D. Structure of boron carbide after applying shear deformations under a pressure to 55 GPa. Fizika Tverdogo Tela. 2017. V. 59. N 5. P. 907-911 (in Russian). DOI: 10.21883/FTT.2017.05.44379.301.
Kulnitskiy B.A., Gordeeva T.A., Ovsyannikov D.A., Popov M.Yu., Blank V.D. Phase transformations of group IV elements: carbon, silicon, germanium after treatment under cyclic stresses up to 6 GPa. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 10-15 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.8у.
Gordeeva T.A., Kulnitskiy B.A., Popov M.Y., Ovsyannikov D.A., Blank V.D. Electron microscopy of nanoparticles with a sphalerite-type lattice on the example of cadmium sulfide. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 71-75 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.1y.
Hüseyin C.Ç., Metin Ö. The behaviour of Boron Carbide under shock compression conditions: MD simulation results. Commun. Math. Sci. 2022. V. 201. P. 110872. DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.110872.
Aryal S., Rulis P., Ching W.Y. Mechanism for amorphization of boron carbide B4C under uniaxial compression. Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 184112. DOI: 10.1103/PhysRevB.84.184112.
Chauhan A., Schaefer M.C., Haber R.A., Hemker K.J. Experimental observations of amorphization in stoichiometric and boronrich boron carbide. Acta Mater. 2019. V. 181. P. 207-215. DOI: 10.1016/j.actamat.2019.09.052.
Reddy K.M., Liu P., Hirata A., Fujita T., Chen M.W. Atomic structure of amorphous shear bands in boron carbide. Nat. Commun. 2013. V. 4. P. 2483. DOI: 10.1038/ncomms3483.
Sahu T., Bhattacharyya A., Gandi A.N. Raman spectra characterization of boron carbide using first-principles calculations. Phys. Rev. B Condens. Matter. 2022. V. 33. N 15. P. 413738. DOI: 10.1016/j.physb.2022.413738.
Inoue S., Fukuda S., Hino T., Yamashina T. Change of surface composition of B4C single crystal due to heat treatment. J. Vac. Sci. Technol. A. 1987. V. 5. P. 1279–1282. DOI: 10.1116/1.574790.
Raucoules R., Vast N., Betranhandy E., Sjakste J. Mechanical properties of icosahedral boron carbide explained from first principles. Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 014112. DOI: 10.1103/PhysRevB.84.014112.
Kulnitskiy B.A., Gordeeva T.A., Ovsyannikov D.A., Popov M.Yu., Blank V.D. Increase in interplanar distances and formation of amorphous shear bands in deformed diamond. Diamond Relat. Mater. 2024. V. 146. P. 111157. DOI: 10.1016/j.diamond.2024.111157.
