В последнее время возрос интерес к нанокристаллическим порошковым материалам на основе тугоплавких соединений [1]. Это связано с тем, что такие материалы могут обладать более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с микрокристаллическими. Обычные режимы спекания и горячего прессования не пригодны для их получения вследствие интенсивной рекристаллизации. В настоящее время наиболее перспективными являются высокоэнергетические методы консолидации порошковых наноматериалов [2, 3]. Спекание под высоким давлением является одним из таких методов. Оно позволяет сохранить наноструктуру исходного порошка и получить высокоплотный спеченный материал с малым размером зерна за счет интенсификации процесса спекания [4, 5]. Например, в работе [6] была показана возможность повышения физико-механических свойств нитрида за счет его нанокристаллической структуры, сформированной в процессе спекания при высоких давлениях. При этом удалось понизить температуру спекания на 700 о С и повысить микротвердость в 1,5 раза (30 ГПа).

Карбонитрид титана также представляет интерес как компонент твердых сплавов. В отличие от нитрида титана в карбонитриде титана часть атомов азота замещена атомами углерода, образуя неограниченные твердые растворы TiN-TiC [7, 8]. При этом его физико-механические свойства зависят от соотношения атомов углерода и азота. В области составов, богатых карбидом титана, он имеет более высокую твердость в сравнении с карбидом и нитридом титана [9]. Свойства нанокристаллического карбонитрида титана еще не изучены.

Целью настоящей работы является получение плотных образцов карбонитрида титана c нанокристаллической структурой спеканием под высоким давлением и исследование их физико-механических свойств. В качестве исходного был использован нанопорошок карбонитрида титана с удельной поверхностью 24,7 м2/г и размером частиц ds~50 нм, полученный методом плазмохимического синтеза, производства АО Neomat Co (Латвия). Он содержал 9,7 мас.% азота и 9,5 мас.%. углерода.

Исследовалось уплотнение нанопорошка TiCN при комнатной температуре и давлениях 0,5-4 ГПа. Исходные заготовки диаметром 11 мм и высотой 5 мм прессовались при давлении 500 МПа. Для этого использовался пресс Desimalpress DP36 усилием 36 тонн. Полученные заготовки подвергались воздействию высоких давлений до 4 ГПа в аппарате высокого давления типа наковальни с углублениями [10] на прессовой установке ДО137А. Время выдержки образцов под нагрузкой составляло 2 минуты. В качестве среды, передающей давление, использовался литографский камень со связкой из бакелитового лака. Повышенный интерес к композиционным материалам керамика/металл обусловлен тем, что, с одной стороны, композиционные материалы керамика/металл обладают характерными свойствами металлов, например, такими как хорошая теплопроводность и электропроводность, высокая пластичность, а с другой стороны, они имеют высокую твердость, свойственную керамическим оксидным материалам [1]. Для создания покрытий керамика/металл на основе оксида алюминия использовался метод газодинамического напыления (ГДН) [2,3], который позволяет локально формировать покрытия большой толщины при минимальном температурном воздействии на подложку.

Для получения композиционных материалов керамика/металл с целью их дальнейшего нанесения на металлические подложки в качестве основы использовался порошок оксида алюминия с размером частиц от 1 мкм до 20 мкм. Предварительно керамический порошок оксида алюминия подвергался плакированию медью, никелем и кобальтом методом химического осаждения с использованием стандартных растворов для омеднения, никелирования и кобальтирования [4]. Время химической реакции осаждения составляло 20 минут для процессов никелирования и кобальтирования и 30 минут для процесса омеднения. В зависимости от длительности процесса плакирования толщина металлической пленки на керамических частицах достигала от 2 до 10 мкм.