Способ получения сверхтвердых материалов Советский патент 1989 года по МПК B24D3/06 C01B31/06 C01B21/06 

Изобретение относится к области изготовления сверхтвердых материалов на основе алмаза, кубического нитрида бора, которые могут быть использованы для абразивной обработки твердых и хрупких материалов типа керамики, огнеупоров, твердого сплава и дро, а также для обработки сталей, цветных и черных металлов и т.д.

Известен способ получения компактных материалов, включающий подготовку исходных компонентов - металлическую связку и сверхтвердого компонента, размещение их определенным образом и воздействие высоких давлений и температур Осуществление этого способа требует высоких давлений 60 90 кбар и температур 1400-2000 С,что вызывает технологические затруднения

. Наиболее близким к заявляемому является способ получения сверхтвердых материалов, по которому порощок алмаза подвергают воздействию давлет

сл

ния порядка 60 кбар с последующей пропиткой под этим давлением металлами или сплавами, смачивающими алмаэ.

Свойства получае 1ых компактных материалов по этому способу в сильной

J степени зависят от величины зерна

«4: сверхтвердого компонента. Так, для изготовления компактного материала,

СП 00 со предназначенного для режущего инструмента, применяется сверхтвердый компонент с размером зерна менее 10 мкм.

Недостатком способа является невозможность получения высококачественных компактньпс материалов при применении сверхтвердого компонента с размером зерна менее 3 мкм вследствие неполной пропитки сверхтвердого компонента, так как расплавленная металлическая связка при взаимодействии со сверхтвердым компонентом теряет жидкотекучесть вследствие на-, углераживания, азотирования, нитрирования или других химическ1тх процессов и закупоривает все поры сжатого под высоким давлением сверхтвердого компонента. Остаточная пористость, возникающая при этом,силь но снижает механические свойства получаемых компактных материалово Цель изобретения - увеличение прочности и износостойкости сверхтвердых материалово Поставленная цель достигается те что в способе получения сверхтвердо го материала, который включает воздействие высокого давления при высокой температуре на слой порошка алмаза или кубического нитрида бора расположенного в контакте со слоем металлического связующего, процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 мГц, Процесс ведут при наложении ульт развукового поля в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 мГц. В качестве источника ультразвуко вых колебаний используют пьезоэлектрические материалы, преобразую щие энергию приложенного переменног электрического тока в механические колебания. Для изготовления пьезоэлектрических преобразователей прим няют различные материалы: кварц,сег нетова соль, керамические поликристаллы титановых солей и дро .Цля эффективной пропитки длина волны звука должна быть много меньше размеров получаемого образца: , где 7 - длина волны звука; СО - частот-а звукового поля; .а - ра меры получаемого образца; С - скоТак как &} ---, рость звука, условие « а дает ограничение на нижний предел частоты При частотах выше 1 мГц ультразвуковые волны будут сильно поглощаться, а следовательно, эффект от наложения звуково го поля очень мал. Способ осуществляют следующим образом. Металлическую связку помещают в графитовый нагреватель, изготовленный в виде стакана, затем засыпают порошок алмаза, кубического нитрида бора или другого сверхтвердого компонентад Зернистость порошка .выбира ют в зависимости от назначения полу чаемого компактао Крупнозернистые порошки годны для компактов, предн аченных для абразивной обработки; елкозернистые - для обработки детаей резанием Затем графитовый нагреватель помеают в камеру высокого давления и подвергают одновременному воздействию ультразвукового поля, высокого давления и высокой температуры. ПримерК Металлическую связку Cr-Ni, в соотношении 1:I по эесу, в количестве 2 г помещают в графитовый нагреватель. Затем засыпают алмазный порошок зернистостью 5 мкм в количестве 2 г и подвергают воздействию ультразвукового поля частотой 1 мГц, мощностью 400 В, давления 25 кбар и температуры 1450 С. Полученный компактный материал обладает абразивной стойкостью 30000 ед. при обработке круга из электрокорунда СТ1. Компактный материал, полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля, обладает абразивной стойкостью 7600 ед Поимер2о Металлическую связку Fe - Сг, в соотношении 1:4 по весу, в количестве 1,5 г помещают в .графитовый нагреватель, затем засыпают порошок кубического нитрида бора зернистостью 5 мкм в количестве Зги подвергают воздействию ультразвукового поля частотой 0,5 мГц и мощностью 200 В, давления 20 кбар и температуры 1550°С, Полученный компактный материал обладает при резании стали ШХ-15, закаленной до ИКС 60-62, стойкостью 30 мин Компактный материал, полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля, обладает при обработке резанием той же стали стойкостью 8 мино П р и м е р 3, Металлическую связку Ti - Сг, в соотногаении 1:1 по весу, в количестве 2 г помещают в графитовый нагреватель-. Затем засыпают алмазный порошок зерностью 7 мкм в количестве Зги подвергают действию ультразвукового поля частотой 0,2 мГц и мощностью 40 В, давления 20 кбар и температурой 1200Со Полученный компактный материал обладает прочностью на сжатие 450 кг/мм „ Компактный материал,полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля. обладает прочностью на сжатие 370 кг/мм Таким образом, данное изобретение позволяет получать сверхтвердые мате риалы, обладающие по сравнению с прототипом более высокой прочносРью и износостойкостью: стойкость при резании стали ШХ-15, закаленной до НРС 60-62, в 4 раза выше, чем при резании сверхтвердым материалом,полученным по прототипу Прочность на сжатие сверхтвердого материала,полученного по предлагаемому способу, на 20% выше, чем прочность материала прототипа Абразивная стойкость при обработке круга из злектророрунда СТК выше в 3 - 5 раз«.

СПОСОБ ПОЛУЧЕШ1Я СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие высокого давления при высокой температуре на слой порошка алмаза или кубического нитрида бора, расположенный в контакте.со слоем металлического связующего, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности и износостойкости материалов, процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 мГцо