Opto-acoustic and Acoustic Microscopy Studies of Microstructure, Elasticity and Defects in B₄C/C₆₀ and c-BN/C₆₀ Nanocomposites

Abstract

Carbon-ceramic nanocomposites based on boron carbide with fullerene C60 (B4C/C60) and cubic boron nitride with C60 (c-BN/C60) were prepared by a high-energy ball milled pre-treatment of the initial mixture of components with the addition of a CS2 solvent followed by a high-pressure/high-temperature consolidation. Elastic properties of the composites were characterized by the elastic moduli calculated on the bases of the experimentally measured density and values of velocities of the longitudinal and transverse bulk acoustic waves (BAW) in the samples. The BAW velocities were measured with a pulse-echo method by laser optoacoustic excitation of ultrasonic pulses. Acoustic microscopy was used to visualize the bulk microstructure and internal defects, and to measure the local values of BAW velocities of specimens on which the elastic moduli were calculated

Нанокомпозиты на основе карбида бора с фуллереном (B4C/C60) и кубического нитрида бора с фуллереном (c-BN/C60) были приготовлены методом предварительной высокоэнергетической об- работки путем размола в шаровой мельнице исходной смеси компонент с добавлением CS2 и консолидацией полученной смеси в условиях высоких давлений и высоких температур. Упругие свойства композитов характеризовались модулями упругости, рассчитанными на основе экспе- риментально измеренных значений плотности и скоростей объемных упругих волн в образцах. Скорости упругих волн измерялись методом оптоакустического возбуждения ультразвуковых импульсов лазерно-ультразвуковым дефектоскопом УДЛ-2М. Визуализация микроструктуры и дефектов в объеме образца, определение значений локальных скоростей упругих волн, из которых рассчитывались локальные значения модулей упругости, проводились на сканирующем импульс- ном акустическом микроскопе SIAM