Способ получения блоков высокопрочного материала Советский патент 1978 года по МПК C01B21/06 

1

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов на основе нитрида бора из гексагонального или вюрцитоподобпого нитрида бора в присутствии добавки и может найти иримепепие в промышленности по производству сверхтвердых материалов и в обрабатывающей промышленности.

Известны способы получения сверхтвердых материалов из кубического нитрида бора при высоких температурах и давлениях в присутствии добавок, например, W, Ni, Сг, Be, , .

Недостатком данного способа является недостаточно высокая твердость полученных материалов.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической суш,ности и достигаемому результату является способ получения сверхтвердых материалов из кубического нитрида бора при высоких температурах и давлениях в присутствии добавок боридов тугоплавких металлов и их смесей 2.

Известный способ позволяет получать высококачественные блоки сверхтвердого материала, однако при этом расходуется значительное количество дорогих и дефицитных тугоплавких металлов, таких, как титан, вольфрам, тантал, гафний и другие, бориды которых вводят в исходный гексагональный нитрид

бора и износостойкость их недостаточна высока.

Целью изобретеппя является разработка такого способа получения блоков сверхтвердого материала на основе нитрида бора, который позволял бы получение высококачественного продукта без использования дефицитных и дорогостояш,их тугоплавких металлов, а именно в виде их боридов.

Это достигается за счет введения в гексагональный или вюрцитоподобиый нитрид бора, служаш,ий исходным сырьем для получения кубического нитрида бора, борпдов алюмипия, а также боридов других элементов третьей группы, в количестве до 20% от обш,его веса шихты. Возможно одновременное введение нескольких боридов, но так, чтобы нх общий вес не превышал 20% от веса всей шихты.

В качестве осповного компонента шихты для получения высокопрочного материала служит гексагональный или вюрцитоподобный нитрид бора, содержание которого в шихте находится в пределах от 90 до 99 вес. %. Борнды алюминия бориды других элементов третьей группы составляют от 1 до 20 вес. % шихты. В качестве других боридов третьей группы, помимо боридов алюминия, могут быть использованы бориды скандия, иттрия, лантана п др. Правда, в отдельных случаях использование боридов скандия, иттрия и лантана не нриводит к удешевлению, однако это компенсируется высокими физико-механическими свойствами блоков сверхтвердого материала.

Из приготовленной и тщательно перемешанной шихты прессуют заготовку, которую помещают в камеру высокого давления и подвергают ее воздействию высоких давлений (свыше 50 кбар) и температур (свыше 1500°С). Время воздействия давления и темнературы на заготовку колеблется от 10 сек до 3 мин. После синтеза получают высокопрочный материал в виде плотного поликристаллического блока, состоящего из взаимных твердых растворов кубического нитрида бора и борида, упрочняющего связи между отдельными кристаллами, снижающего хрупкость блока и повышающего его прочность, и соответственно его эксплуатационные качества. Поликристаллические блоки из полученного материала могут быть.иснользованы в качестве режущей части лезвийного инструмента: резцов, буровых инструментов, фрез.

Пример 1. Приготавливали шихту, состоящую из 95 вес. % гексагонального нитрида бора и 5 вес. % борида алюминия. После тщательного неремешивания из шихты прессовали заготовку, которую нодвергали воздействию давления в 60 кбар и температуры в 1900°С в течение 2 мин. После синтеза был получен высококачественный поликристаллический блок кубического нитрида бора.

Пример 2. Шихта составлена из 15 вес. % борида лантана и 85 вес. % гексагонального нитрида бора. Заготовка подвергалась воздействию давления в 60 кбар при температуре 1800°С в течение 1 мин. Был получен высокотвердый и прочный ноликристаллический блок, имевший высокие режущие свойства. Пример 3. Шихта составлена из 20 вес. % борида алюминия и 80 вес. % гексагонального нитрида бора. Заготовка из шихты была подвергнута воздействию давления в 70 кбар при температуре 2100°С в течение 30 сек. Получен плотный, высококачественный блок.

Настоящий способ получения высокопрочного материала позволяет получать высококачественные блоки сверхтвердого материала, имеющие высокую твердость, химически

инертные к черным металлам, обладающие высокой термостойкостью и хорошими режущими характеристиками.

Формула изобретения

1. Способ получения блоков высокопрочного материала путем обработки шихты на основе нитрида бора с добавкой борида при температуре. свыше 1500°С и давлении более 60 кбар, отличающийся тем, что, с целью увеличения износостойкости, в качестве добавки используют борид элемента П1 группы Периодической системы или смесь боридов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют бориды алюминия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3233988, кл. 51-307, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР №324823, кл. С 01В 21/06, 1970.