Способ получения сверхтвердого материала Советский патент 1980 года по МПК C01B21/06 B24D3/06 

Изобретение относится к технологии получения сверхтвердых материалов на основа куби ческого нитрида бора, используемых в материалообрабатьшающей промышленности. Известен ряд способов получения кубическо го нитрида бора, которые в свою очередь подразделяются на бескатализаторные и способы с использованием катализаторов. Бескатализаторный способ получения кубического нитрида бора требует давления 100 кбар 11. При использовании кат ализаторов требуемое давление составляет 40-80 кбар, однако в этом случае конечный продукт представляет собой механическую смесь зерен кубического юггрида бора и вещества-катапизатора 12. В большин-стве случаев вещество-катализатор является химически активным веществом, неустойщшым па воздухе и во влажной среде. Известен способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора цутем воздействия высокого давления и температуры на шихту, содержащую гексагональный нитрил борп и избыточный бор (по отношению К стехиометрии нитрида бора), который присутствует в шихте в виде боридов щелочных или щелочно земельных металлов 3. Недостатком известного способа является то, тго. сверхтвердый материал содержит в своем составе гидролизующиеся нитриды и бориды щелочных и щелочноземельных металлов, кроме того способ не позволяет получить достаточно твердый и износостойкий материал. Целью изобретения является получение материала, лишенното вышеуказанных недостатков, обладающего повышенной твердостью и износостойкостью.. Это достигается тем, что воздействию высокого давления и высокой температуры подвергают игахту, содержащую гексагональный нитрид бора и избьггочный бор (по отношению к стехиометрии нитрида бора), в качестве исто гаика которого используют элементарный бор в количестве от 50,1 до 80 ат.% , пртчем процесс ведут при давлении от 50 до 95 кбар и температуре от 1500 до 2800°С. Готовят шихту, состоящую из гексагонального нитрида бора и борсодержащпго материв37ла - элеме}гтариого бора. Гексагональный нитрид бора и элементарный бор берут в виде мелкодисперсных порошков. Элементарный бор в ишхте составляет от 50 до 80 ат.%. Шихту тщательно перемешивают в вибромельнице, шаровой мельнице или дрзтих специальных, устройств ах до равномерного распределения компонентов по объему. Затем из шихты спрессовывают заготовку, которую помешают внутрь передаюшего давление контейнера, который в свою очередь помешают в камеру высокого давления. Заготовку подвергают одновремеш1ому воздействию дав легши 6095 кбар и температур 1800-2800С. Время процесса составляет от 10 сек до 3 мин. В резу1п тате получают плотные поликристаллические блоки сверхтвердого материала. При воздействии на шихту давления и температуры происходит преврашение гексагонального сггрида бора в кубический с одновременным растворением в нем бора. При содержании в шихте до 60 ат.% бора получаемый сверхтвердый материал в большинстве случаев имеет однофазный состав и представляет собой твердый раствор бора в кубическом нитриде бора. При более высоком содержании бора в шихте конечный продукт представляет собой механическу смесь твердых растворов бора и кубического нитрида бора. Как в первом, так и во втором случае сверхтвердый материал имеет высокие твердость, износостойкость, обладает хорошими режущими свойствами и химическиинертен к черным металлам. Примерь Составляют смесь из 5 г гексагонального нитрида бора и 0,1814 г злемеотарного бора, что соответствует 52- ат.% бора и 48 ат.% азота. После тщательного перемешивания спрессованную из смеси заготовку помещают в камеру высокого давления и под вергают воздейс1вию давления 63 кбар и температуры 2200°С в течелие . В результате получают поликристалл1гческий блок. Пример 2. Составляют смесь из 5 г гексагонального нитрида бора и 1,089 г элементарного бора, что соответствует 60 ат.% бора и 40 ат.% азота. Заготовку из смеси помещают в камеру высокого давления и подвергают давлению ь 65 кбар и температуре 2400° С в течение 30 сек. Получают компактный по.11икристаллиЧеский блок. Предлагаемый способ позволяет получать высококачественные поликристаллические блоки сверхтвердого материала, имеющие высокие твердость и износостойкость, обладающие хорошей режущей способностью и высокой термостойкостью. Предлагаемый способ получения сверхтвердого материала позволяет достичь высокого выхода годного продукта. Формула изобретения Способ получения сверхтвердого материала при высоких давлениях и температурах из шихты, содержащей гексагональный нитрид бора и избыточный бор по отношению к стехиометрии нитрида бора, отличаюшийся тем, что, с. целью увеличения твердости и износостойкости материала, в качестве источника избьпочного бора используют элементарный бор в количестве от 50,1 до 80 ат.% и процесс ведут при давлении 50-95 кбар и температуре 1500-2800С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3212852, кл. 23-191, 1965. - 2.Патент США N 2947617, кл. 51-307, 1958. 3.Авторское свидетельство СССР № 324820, кл. cot В 21/06, 1970.