ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1995 года по МПК C01B31/06 

Изобретение относится к поликристаллическим сверхтвердым материалам, получаемым путем спекания алмазных порошков и в условиях высоких давлений и температур, применяемых в качестве рабочих элементов в лезвийном инструменте.

Известна шихта для изготовления композиционного поликристаллического материала, содержащая мелкодисперсные частицы алмаза (0,1-20 мкм), а также окислы щелочно-земельных металлов или их комплексные соединения с Ве, Al, Cr [1]
Недостатком этой шихты является необходимость применения очень высоких давлений (12-17 ГПа) и температур спекания (> 3000^оС) для получения поликристаллических компактов на основе алмаза и, например, КНБ, что обусловливает относительно малый размер последних и низкую стойкость камер высокого давления (высокий расход дефицитного твердого сплава).

Наиболее близкой по составу к заявляемой является шихта для изготовления композиционного поликристаллического материала, состоящая из мелких фракций алмаза (5-50 мкм или КНБ), а также одного или нескольких карбидов, нитридов и боридов переходных металлов или окислов типа Al₂O₃, MgO [2]
Недостатком прототипа являются сравнительно низкие режущие и прочностные свойства композиционных материалов, обусловленные его крупнозернистой структурой.

Задачей изобретения является получение прочного тонкозернистого поликристаллического материала с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Поставленная задача достигается тем, что шихта для изготовления композиционного поликристаллического материала, содержащая алмазный порошок и связку на основе тугоплавких соединений переходных металлов IV-VI групп или их эвтектических составов с металлами Zr, Cr, Mo, Fe, в качестве алмазного порошка содержит ультрадисперсный порошок с размером частиц 10-800 состава 30-95 мас. алмаза кубической модификации, остальное углерод, при следующем соотношении компонентов, мас. Алмазный порошок 40-60 Связка 40-60
Состав связки отвечает эвтектическому в системах, например, TiB₂-Fe, ZrB₂-Cr, ZrB₂-Mo, HfB₂-Cr, HfB₂-Fe. Такие металлокерамические связки хорошо спекаются при высоких давлениях и относительно низких температурах (< 1100^оС) а наличие в связке металлов катализаторов Fe, Cr, Мо не только способствует спеканию частиц УДА, но и превращению неалмазной формы углерода в алмаз и тем самым образованию прочных тонкокристаллических контактов на основе алмаза. Размеры и содержание алмазных частиц в УДА связаны с технологией получения самого УДА. Наилучшие результаты получаются на порошках УДА с содержанием алмаза кубической модификации, равным 90-95 мас. При содержании алмаза кубической модификации менее 30 мас. спекание образцов слабое, а их эксплуатационные показатели низкие. Наиболее благоприятным для спекания по эксплуатационным показателям является УДА с размером частиц алмаза кубической модификации от 500 до 800. Для частиц алмаза менее 10 технология получения спеков усложняется в связи с большой их поверхностной энергией и соответственно с большой удельной поверхностью. Экспериментально доказано, что для спекания оптимальными составами УДА и связки являются соотношения в интервале УДА: связка, мас. (40-60) (60-40). При отклонении от этого соотношения возможности спекания ухудшаются, что не позволяет получить высокие эксплуатационные показатели спеков. Например, для соотношения УДА: связка 70:30 спекание хуже, что проявляется в повышенной пористости и соответственно пониженной плотности.

П р и м е р 1. Исходный материал химически очищенный УДА, имеющий состав: алмаз кубический 70 мас. и углерод 30% смешивают в количестве 60 мас. с измельченной связкой ZrB₂ Cr в количестве 40 мас. в вибромельнице в течение 2 ч, затем сушат в вакуумном шкафу (р 10^-2 мм рт.ст.) при Т 80±5^оС. Производят компактирование шихты в виде цилиндрических таблеток диаметром 4-8 мм и высотой 4-5 мм в металлической пресс-форме при давлении 6-8 мас. 10%-ного раствора декстрина. Протирают через сито с ячейками 630 мкм, а затем гранулированную смесь прессуют в металлической пресс-форме при давлении Р 3 тс/см².

Полученные таблетки обжигают при 250^оС для удаления декстрина.

Производят спекание в стандартной реакционной ячейке высокого давления при давлении 8,5 ГПа и температуре 1350^оС в течение 5-60 с.

Композиционный материал имеет форму таблеток диаметром 4-8 мм, высотой 4-6 мм и обрабатывается шлифованием для доведения до заданных размеров.

Остальные примеры и физико-механические и эксплуатационные показатели по- лучаемого материала представлены в таблице.

Использование: в качестве рабочих элементов в лезвийном инструменте. Сущность изобретения: шихта для изготовления композиционного поликристаллического материала содержит связку на основе тугоплавких соединений переходных металлов IV VI групп или их эвтектических составов с металлами Zn, Cr, Mo, Fe и ультрадисперсный алмазный порошок с размером частиц 10 800 , состава 30 95 мас. алмаза кубической модификации, остальное углерод, при следующем соотношении компонентов, мас. ультрадисперсный алммазный порошок 40 60; связка 60 40. Изобретение направлено на получение прочного тонкозернистого поликристаллического материала с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами. 1 табл.

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащая алмазный порошок и связку на основе тугоплавких соединений переходных металлов IV VI глупп или их эвтектических составов с металлами Zn, Cr, Mo, Fe, отличающаяся тем, что в качестве алмазного порошка используют ультрадисперсный порошок с размером частиц состава 30 95мас. алмаза кубической модификации, остальное углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.

Алмазный порошок 40 60
Связка 40 60