Способ получения поликристаллического алмазного материала Советский патент 1983 года по МПК B24D3/02 C01B31/06 

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, в частности к методам изготовления компактных алмазных поликристаллических материалов, которые могут бы использованы для оснащения буровых инструментов, работающих в условиях динамических нагрузок, лезвийного р жущего иструмента и др. Известны способы, получения поЛикристаллического алмазного материал включающие спекание алмазных частиц при/ высоком давлении и температуре области устойчивого состояния алмаза 1 J, . К недостаткам способов можно отнести повышенную хрупкость получаем материалов. Известны также способы получения алмазных компактных материалов путе спекания при высоком давлении и тем пературе алмазных частиц с различными добавками, выполняющими роль связующего С2J. Известен также ,способ СЗ}, по которог.у алмазный поликристаллический материал получают спеканием алмазных частиц с добавками бора, титана, тантала, молибдена и других металлов или карбидов при температу ре выше 1300°С и давлении 50 кбэр. Однйко отмечается низкая прочность получаемого материала. Это обусловлено тем, что алмаз сначала графити зируют, потом в области стабильности алмаза преобразуют пограничный слой графита между зернами в алмаз, что возможно только при наличии металла-катализатора (растворителя) так как на поверхности находится только графит. Рост алмазного перешейка между зернами начинается со стороны алмазных зерен, алмазы :слу жат подложкой. Взаимная несориенти рованность подложек и присутствие металла приводят к появлению кристаллических дефектов, связка облада ет пониженной прочностью. Цель изобретения - повышение про ности получаемого поликристаллического материала. Это достигается тем, что спе :анию подвергают отдель ные алмазные частицы с эпитаксиальн наращенным на их поверхности покры- тием, состоящим из алмазного и алмазно-графитового слоев. При проведении зпитаксиального наращивания %лмазо8 непосредствен но на алмазную поверхность осажда 2 ется углерод со структурой алмаза. Процесс протекает в ме гастабильных условиях, поэтому далее наряду с продолжающимся ростом алмаза будут возникать и расти зародыши.графита. Так+1М об1эазом с;оздается переходный алмазно-графитовый слой. Дальнейшее ведение процесса приведет к преимущественному росту графита, который термодинамически стабильнее, чем алмаз. Если графит в алмазно-графитовом слое и в начале графитового слоя имеет относительную ориентацию, то при последующем осаждении углерода ориентация теряется и начинает образовываться неалмазный углерод сажа. Графитовый слой и сажа являются нежелательными для ос1яцествления спекания алмазных частиц, поэтому процесс зпитаксиального наращивания прекращается после нанесения алмаз- но-графитового слоя. Характерный . особенностью переходного алмазно- , графитового слоя являетсято, что находящийся в немграфит легче пербходит в .алмаз,чем просто графит,; благодаря ориентирующему действию поверхности затравочных кристаллов. . Таким образом, если взять алмазные, частицы с нанесенным на них алмазно-графитовым покрытием и создать условия, соответствующие термодинамической устойчивости алмазов., то графит перейдет в алмаз при параметрах процесса .более низких чем это следует из диаграммы состояния углерода..Алмазно-графитовый слой со структурой алмаза и графита при высоких давлениях -и температурах заполняет пространство между алмазными частицами (небольшие участки графита позволяют кристаллам скользить относительно друг друга) и, перейдя в структуру алмаза, позволяет создать материал-связку с равномерными по объему свойствами. При этом достигается меньшая дефектность и большая прочность связи и прочность самого материала.. Порошки алмаза с эпитаксиально наращенным на их поверхность покрытием могут спекаться в устройстве высокого давления и температуры любого типа, сггасобом обеспечить получение необходимых давления и температуры, П р и М ер Исходный порошок алмаза зернистостью 1/0 мкм с эпитаксиальйо нанесенным алмаэнотрафито35 99354вым покрытием толщиной 10 А помещаютэлемент в. виде цилиндра с диаметром

внутрь трубчатого графитового, нагре-3,5 мм и высотой U мм, вес которователя с размерами: 7 мм - наружный .го составляет около 0,5 карат. Предиаметр; А мм - внутренний диаметр;дел прочности получаемого материала

k мм - высота; и закрывают с двух сто-jна сжатие 590 кгс/мм, что превышарон графитовыми дисками. Реакцион-ет прочность материала, полученного

,ный СОСУД подвергают действию давле-известным способом, в t,i раза НИИ 77 кбар и температуры с вы- Кроме того, способ повышает пласдержкой при этих.условиях в течениетичность материала, его термостойЛ мин, после чего понижают темпераг юкость и позволяет использовать истуру и/давление. В результате полу-ходные алмазные частицы практимесчают поликристаллический алмазный.ки любых размеров.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ-ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗНОГО МАТЕРИАЛА путем спекания алмазных частиц со связующим при температуре выше 1000^С и давлении выше 35 кбар, отличающийся тем, что, с целью повышения .прочности поликристаллического материала, в качестве связующего используют алмазно-графи- товое покрытие, предварительно нанесенное на алмазные частицы.2,Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1200-1900**Си давлении АО-77 кбар.3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что спеканию«подвергают алмазные частицы с размером 0,1- 5 мкм с нанесенным алмазно-графитовым. покрытием толщиной 5-30 А.i(Лел>&|ii^ СОООсд