Способ изготовления алмазного инструмента Советский патент 1985 года по МПК B24D17/00 

со

1C

со сд

СП Изобретение относится к порошковой меla.i.ivprHM, в частности к способам изготов..еиия ;,кгик)го инструмента, и может быть nciio.ii,.u)Bciuo при изготовлении режущего niicrpyM.eni а из синтетических алмазов, при изготовлении буровых коронок, долот, отрезных дисков, шлифовальных кругов и т. д. ie.ib изобретения -- иоддержание стабильности высоких режуидих свойств породоразрушаюнхего инструмента до полного его износа и повышение, надежности закрепления ноликристаллов алмаза. Для осуш.ествления способа берут поликристаллические алмазы с размерами зерен 315-2000 мкм, накатывают на них пороН1ОК связки, взятой в количестве 40-80%, а оставшуюся часть порошка связки смешивают с износостойкими частицами, в . качестве которых берут монокристаллические алмазы с размерами зерен 60-250 мкм в количестве 10-50% от массы поликристаллических алмазов и продолжают дальнейшую накатку поликристаллических алмазов. Накатка зерен поликристаллов сначала только порошком связки - металлокерамической матрицы позволяет повысить надежность закрепления зерна в матрице, так как не образуется контакт между алмазными зернами, и дальнейшая накатка смесью порошка матрицы с порошком монокристаллов уже не влияет на степень закрепления поликристаллов в матрице. Накатка поликристаллов аозволяет равномерно распределить зерна поликристаллических алмазов по всему объему матрицы и тем самым достигнуть поддержание стабильности высоких режущих свойств породоразрушаюшего инструмента до полного его износа. Накатка поликристаллов порошком матрицы, взятой в количестве менее 40 мае. % от общего веса матрицы, приводит во время прессования и спекания к контакту поликристаллов с монокристаллами и частично между собой, что снижает прочность их закрепления, использование порошка матрицы бо.чее 80 мае. % приводит к высокой конценграции монокристаллов в оболочке, что способствует дополнительным микронанряжениям в матрице. Накатка поликристаллов размером 315- 2000 мкм порошком матрицы, взятой U количестве 40-80% от обшего веса матрицы, обеспечивает толшину оболочки из евязуюш.его, равной 0,3-0,8 радиуса поликристаллического зерна алмаза. Содерж.ание монокристаллов менее 10 мае. % от веса поликрнста.члов недостаточно для образования в 11л;1 ;1е алмазных осколков для раз1)ыхлении 1Т)рной породы и образования развитой поверхности на поликристалле, боjice .50 мае. % монокристаллов снижает -::(ффективность работы поликристаллов изза их частичного перетирания с осколками монокристаллов в шламе. При введении монокристаллов размером меньше 60 мкм не образуется достаточно глубоких царапин на поверхности горной породы, что малоэффективно способствует образованию развитой поверхности на поликристалле. Использование монокристаллов размером бо,пьше 250 мкм приводит к недостатку в шламе алмазных осколков, что влечет за собой недостаточное размягчение горной породы и воздействие на поверхность поликристалла и тем самым приводит к зашлифовке поверхности поликристаллических зерен. Использование поликристаллических алмазов размером меньше, 315 мкм неэффективно изза малого обнажения поликристаллов и их растрескивания, алмазы размером более 2000 мкм малоэффективны из-за уменьшения активной поверхности зерен,на зернах появляются при работе площадки (зашлифовка), которые резко снижают производительность инструмента. Пример I. Для приготовления массы для алмазного инструмента берут 15 кар поликристаллических синтетических алмазов АСПК с размерами зерен 400/315 мкм и гранулируют с 14,4 г порошка матричной шихты, что составляет 40 мае. % от общего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и никеля карбонильного, и обеспечивает толщины оболочки 0,4 радиуса зерна АСПК, а затем 1,5 кар монокристаллов алмазов АСК с размерами зерен 80-63 мкм смешивают с 21,6 г порошка матрицы, что составляет 60 мае. % от общего веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую накатку АСПК. Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давлением 12 кбар и при 1050°С. Буровые коронки КСК-04-59Из, изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру 1 в производственных условиях, при бурении горных пород IX- XI категорий буримости имеют среднюю проходку 10,6 м при средней скорости 2,3 м/ч, тогда как коронки 01АЗД40К20 (из природных алмазов) в аналогичных условиях имеют проходку 4,8 м при скорости 0,9 м/ч. Пример 2. Для приготовления массы для алмазного инструмента берут 8 кар АСПК с размерами зерен 2000/1600 мкм и гранулируют с 28,8 г порошка матричной шихты, что составляет 80 мае. % от общего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и карбонильного никеля, и обеспечивает толщину оболочки 0,8 радиуса зерна АСПК, а затем 8 кар монокристаллов алмазов АСК размером 250/ 200 мкм смешивают с оставщимися 7,2 г порощка матрицы, что составляет 20 мае. % от общего веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую накатку АСПК. Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давлением 10 кбар при . Буровые коронки КСК-04-59Из, изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру, 2, в производственных условиях имеют среднюю проходку 34,5 м при скорости 4,2 м/ч, тогда как буровые коронки 01АЗД40К20 имеют среднюю проходку 18,3 м при скорости 1.9 м/ч. Пример 3. Для приготовления массы для алмазного инструмента берут 30 кар АСПК с размера.ми зерен 1600/1250 мкм, гранулируют с 40 г пороижа матричной шихты, что составляет 50 мае. % от общего веса матрицы, состоящей из смеси riopoinка твердого сгитава и никеля карбонильного, и обеспечивает толщину оболочки 0,55 радиуса зерна АСПК, а затем 10 кар монокристаллов АСК размером зерен 125/ 100 мкм смещивают с оставщимися 40 г порощка матрицы, что составляет 50 мае. % от веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейщую грануляцию зерен АСПК. Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давлением 8 кбар при 950°С. Шлифкруги ШГК-95/50, изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру № 3 в производственных условиях, при щлифовании огнеупоров показывают ресурс 24 м с удельным расходом алмазов 1,80 кар/м, тогда как сегментные круги из природных алмазов имеют соответственно 8 м при удельном расходе алмазов 4,15 кар/м. Алмазный инструмент (буровые коронки, щлифкруги, долота), изготовленный по предложенному способу, включающий грануляцию синтетических поликристаллических алмазов АСПК порощком металлокерамической матрицы с монокристаллами АСК, имеет высокую работоспособность и стабильность до полного .износа инструмента. Изготовленные буровые коронки по предложенному способу типа КСК-04-59Из показывают высокие механические скорости бурения и проходки на коронку по сравнению с серийными коронками из природных алмазов, типа О1АЗД40К20 и 01АЗД40К40, изготовленных по известному способу, преимущественно применяющихся при бурении тех же пород. Так при бурении трещиноватых гранитов, кварцитов, магматизированных гнейсов (I.X - XI... категорий буримости), коронки KCK-04-59H,i имеют среднюю проходку 8,4 м против 3,2 м у коронок 01. ЗД4ЬК20, среднюю механическую скорость бурения у KCK-04-59H.i 2,6 м/ч против 1,4 м/ч у 01АЗД40К20, удельный расход алмазов у КСК-04-59И.Ч 2,25 кар/м против 3,48 у ОГАЗД40К20. Из приведенного сравнения видно, что буровые коронки, изготовленные по предложенно.му способу, имеют высокие эксплуатационные характеристики и конкурентноспособны с буровыми коронками из дорогостояиа1х природных алмазов. Эксплуатация буровых коронок КСК-0459Из без грануляции матричной шихтой поликристаллических зерен при бурении горных пород IX-XI категорий буримости приводит к частичной защлифовке рабочей поверхиости зерен поликристаллов. При этом резко снижается механическая скорость бурения, коронка теряет работоспособность при износе матрицы всего на 20-30%. Удельный расход алмазов на I м проходки у этих коронок вьипе за счет выкращивания зерен поликристаллов, контактирующих без прослойки между собой. Предложенный способ изготовления алмазного инструмента существенно отличается от известного, позволяет упростить технологию изготовления алмазного инструмента, повысить надежность закрепления поликристаллических алмазов и поддерживать стабильность высоких режуи1их свойств инструмента до полного износа.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, при котором готовят массу смешиванием поликристаллических алмазов с размером зерен 315- 2000 мкм, монокристаллических алмазов с размером 60-250 мкм в количестве 10-50% от массы поликристаллических алмазов и связки, полученную массу формуют и спекают, отличающийся тем, что, с целью стабилизации режущих свойств породоразрушающего инструмента до полного его износа и улучшения закрепления поликристаллических зерен в связке, предварительно 40-80 мае. % связки накатывают на поликристаллические алмазы, а оставшуюся часть связки смешивают с монокристаллами алмаза и продолжают накатку поликристаллических алмазов.