Микрокристаллический монолитный материал из углерода Советский патент 1975 года по МПК C01B31/06 

1

Изобретение относится к поликристаллическим монолитным материалам из углерода со структурой алмаза, а именно к алмазным сросткам из микроскопически малых зерен, и может быть применено в нефте- и газодобывающей, горнорудной, металлообрабатывающей, машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промышленности .

Известный микрокристаллический монолитный материал из углерода, закристаллизованный в структуре алмаза, образованный сросшимися, проросщими друг в друга кристаллитами, соединенными- друг с другом посредством металла-катализатора, имеет большие размеры (до 2 мм) кристаллитов, значительную шероховатость и пониженную температуру начала окисления на воздухе, обусловленную влиянием массивных включений металла-катализатора.

Неоднородная зернистость такого материала и значительное содержание в нем металла-катализатора в виде массивных включений и прослоек между алмазными кристаллитами сНИжают прочностные и абразивные характеристики матери-ала и уменьшают стойкость его к окислению на воздухе при нагревании. Значительные случайные колебания размеров неровностей поверхности, иногда достигающие размеров отдельного крупного кристаллита (I мм) и более, сильно удорожают обработку материала и сужают область его применения в промышленности.

Цель изобретения - повышение твердости и абразивной стойкости.

Это достигается тем, что предлагаемый материал содержит кристаллиты- размером 0,1 - 10 мкм, двойники, имеет шероховатость поверхности- в пределах мкм и температуру начала окисления на воздухе не менее

700°С. Твердость описываемого материала такова, что позволяет царапать наиболее твердую грань алмаза - плоскость октаэдра, а абразивная стойкость характеризуется числом, превы-шающим 100000.

При бурении гранитных толщ (при прочих равньи условиях) инструменты, оснащенные этим материалом показали более чем трехкратный выигрыш в глубине проходки по сравнению с инструментами, оснащенными

крупными кристаллами алмазов. Предлагаемый материал получают заданной геометрической формы и в любом требуемом количестве идентичных экзем-пляров. Получение микрокристалического монолитного материала с

заданной конфигурацией и чистотой поверхности сводит до минимума, а в некоторых случаях и полностью устраняет нео.бходимость в дополнительной обработке его перед применением. Высокая температура начала

окисления на воздухе материала существенно язана с его монолитной плотной структурой малыми размерами включений, что позво ет эксплуатировать алмазные инструменты, нащенные таким материалом, в режимах 1льших скоростей и интенсивностей обраiB одном из возможных способов синтеза :исываемого материала исходным вещест1М для его получения служит спектральностый искусственный графит с плотностью 75-1,85 г/см. Из графита изготавливают здель-заготовку требуемой формы (октаэдр, |ДШип«ик, сверло или др.) с чистотой обра1ТКИ поверхности на 2 класса превышающей данную для изделия из материала. Для :ализации превращения графитовой модели,готовки в изделие из предлагаемого мате1ала. ее помещают-внутрь полого нагреватеI, окружают, порошком катализатора 9 вес. % карбида вольфрама + 15 вес. % грбида-титана+ 6 .вес. % кобальта) и уста1вливают в-камеру высокого давления в нтральный канал таблетки из литографскокамня. Затем с помощью гидравлического lecca давление в камере доводят до ЭОкбар, |и этом применением порощкообразного кализатора об.еспечивают равномерное с соанением формы сжатием модели-заготовки сильно развитую поверхность контакта моли-заготовки с катализатором. Далее сжаю до 90 кбар модель-заготовку и окружаюий ее катализатор нагревают до 2000°С. агрев проводят импульсом электрического тока, который пропускают через нагреватель, катализатор и модель-заготовку в течение 5 -сек. Превращение графитовой модели-заготовки в изделие из описываемого материала фиксируют по резкому падению нагревающего тока и одновременному росту напряжения, после чего прекращают нагрев и снижают давление в камере до атмосферного. Полученный таким Образом материал имеет заданную форму (октаэдр, подшипник, сверло или др.) с размерами неровностей в пределах 30-50 мкм и характеризуется микрокристаллической монолитной структурой алмаза с размерами зерен в пределах от 0,9 до 3 мкм. Часть зерен образовывает двойниковые сростки. Материал изделия характеризуется абразивной стойкостью 600000 при правке круга средней твердости по стандартной шкале твердости, температурой начала окисления на воздухе 750°С и твердостью такой, что он царапает плоскость октаэдра алмаза. Предмет изобретения Микрокристаллический монолитный материал из углерода, закристаллизованный в структуре алмаза, образованный сросшимися, лроросшими друг в друга кристаллитами, отличающийся тем, что, с целью повыщения твердости и абразивной стойкости, он содержит кристаллиты размером 0,1-10 мкм, двойники, имеет щероховатость поверхности 10-60 мкм и температуру окисления на воздухе не менее 700°С.