Способ получения поликристаллических алмазных агрегатов заданной формы Советский патент 1977 года по МПК C01B31/06 

Изобретение относится к области получения промышленных алмазов. Оно может быть использовано в машиностроении, приборостроении, горнодобывающей, часовой промышленности и т.д.

Известен способ синтеза поликристаллического алмаза, по которому исходную для синтеза графитовую заготовку нагревают в две стадии с длительностью процесса синтеза 30- 60 мин, что благоприятствует росту зерен алмаза. В результате получают крупнокристаллические образования алмаза. Кроме того, в упомянутом способе катализатор применяется в виде металлических пластин, что приводит к большому содержанию включений металла в алмазах, ухудшая их прочностные свойства.

По предлагаемому способу получают прочные алмазные агрегаты заданной формы, состоящие из мелкодисперсных кристаллитов, сросшихся в процессе синтеза. Способ дает возможность Получать крупные алмазные изделия с высокой чистотой поверхности, имеющие форму рабочих частей инструментов:.резцов, вы|-лаживателей, стеклорезов, волок, буровых коронок и т. д. Для полумения мелкозернистых алмазных агрегатов реакционный графит окружают оболочкой из порошкообразного катализатора, а нагрев осуществляют импульсом

электрического тока. Процесс кристаллизации проводят в области термодинамической стабильности алмаза при давлении выше 80 кбар и температурах, превышающих 1500°С. Известно, что образованию мелкозернистой структуры благоприпятствует быстрая кристаллизация в условиях сильного пересыщения маточной среды.

Высокая скорость превращения графита и алмаз достигается благодаря сильно развитой

поверхности контакта мелкого порошкообразного катализатора с реакционным графитом. Порошкообразная форма катализатора используется также для выбора величины его каталитической активности путем замены части катализатора инертным наполнителем. Кроме тогх),

тонкозернистый порошок катализатора выполняет роль среды для почти гидростатической передачи давления на графит, что позволяет в высокой степени сохранять его форму при сжатии.

Нагрев импульсом электрического тока одновременно инициирует по всей поверхности графита его превращение в алмаз. Такое превращение обеспечивается созданием во всей зоне контакта катализатора с графитом равной температуры, достаточной для выбранных уело

нагрев приводит к прибавке давления в камере, о, по-видимому, облегчает кинетику превращения графита в алмаз, увеличивая неустойчивость решетки графита. Нагрев заканчивают в момент быстрого нарастания электросопротивления реакционной ячейки в несколько раз. Расположение катализатора в виде порошка по периферии графитовой заготовки приводит к росту алмазного поликристалла в направлении от поверхности к центру графита, который такнм образом превращается в прочный алмазный агрегат, не содержащий в себе крупных включений катализатора. Фрагменты катализа тора присутствуют в агрегате в внде прослоек микронной толщины между некоторыми зернами алмаза.

Пример. В камеру высокого давления, обеспечивающую получение давления выще , помещают высокотемпературную реакционную ячейку. Ячейка состоит нз электрического нагревателя, сопротивления (графит), реакционного графита, имеющего форму готового наделяя, и катализатор в порошке (например, металлы Vlil группы и нх сплавы, смеси

для твердых сплавов типа ТК н ВК), которыми окружают как оболочкой реакционный графит. Реакционную ячейку подвергают одновременному воздействию высоких давлений (100 кбар н выше) н высоких температур (2000°С и выше). Указанные параметры поддерживают в течение времени (от 0,1 до Ш сек, в зависимости от давления н размера реакционного графита), необходимого для полного перехода графита в алмаз. После этого температуру (выключением электрического тока сразу), а затем н давление снижают. Алмазный агрегат заданной формы выделяют простым механическим удалением остальных частей реакционной ячейки, что не требует специальной химичес(ой обработки.

Пример 2. Для получения алмазных агрегатов заданной формы с поверхностью повышенной чистоты (не ниже 7-го класса) используют реакционный графит объемной плотности 2,00-2,2 г/см с поверхностью, выполненной не ниже 5-го класса чистоты. Активность катализатора подбирается предварительно в отдельных опытах.Остальное выполняют по примеру I. Посторонние частички, не полностью удален ные механическим путем с поверхности ал

мазного агрегата, окончательно удаляют химической обработкой кислотами или щелочами. Синтезированы алмазные агрегаты разнообразной заданной формы н различных размеров, например, 5x5x5 мм. Их механическая прочность и абразивная стойкость испытаны в лабораторных и заводских условиях. Эти характеристики соизмеримы G Такими же характеристиками природных алмазов, а в некоторых случаях выше.

Формула изобретения

I. Способ получения поликристаллнческих алмазных агрегатов заданной формы в присутствии катализатора из реакционного углеродсодержащего матернала, например графита, выполненного по форме готового агрегата под воздействием давления выше 80 кбар н температуры выше 1500° С, отличающийся Тем, что, с келью улучшения механических.свойств алмазных агрегатов, нагрев осуществляют импульсом электрического тока с Длительностью 0,1-. 10 сек, причем реакционный графит окружают оболочкой нз порошкообразного катализатора.

2. Способ по п. I, отличающийся тем, что порошкообразный катализатор может содержать инертный тугоплавкий наполнитель.