СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА Советский патент 1994 года по МПК B22F3/14 B22F3/26 C01B31/06 

Изобретение относится к способам получения сверхтвердых материалов и может найти применение в машиностроении в качестве конструкционного материала и в станкостроительной промышленности в качестве абразива.

Известен способ получения сверхтвердых материалов, например алмазных материалов, которые получаются из алмазного порошка и металлического связующего при высоком давлении и высокой температуре.

Недостатком известного способа являются низкие механические свойства получаемого материала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения алмазных композиционных материалов, включающий обработку алмазного порошка высоким давлением и температурой, с последующей его пропиткой под этим давлением металлами или сплавами, например титаном, титан-хромом и другими, путем их плавления.

Недостатками известного способа являются низкая абразивная стойкость материала, низкие механические свойства, ограничение по высоте и объему получаемых заготовок.

Целью изобретения является повышение абразивной стойкости, механических свойств, увеличение размеров получаемых заготовок.

С этой целью в описываемом способе получения сверхтвердого материала, включающем обработку исходного порошка высоким давлением и температурой и последующую пропитку металлическим связующим, в качестве исходного порошка используют сверхтвердый порошок зернистостью от 3-5 мкм до 160-200 мкм, добавляют к нему перед обработкой порошок одного или нескольких карбидо- или нитридо-, или боридообразующих химических элементов с дисперсностью 0,5-1 мкм в объемном соотношении со сверхтвердым порошком 1-30%.

В предлагаемом способе повышение механических свойств достигается за счет частичного заполнения межзеренного пространства сверхтвердого порошка мелкодисперсным порошком элементов (одним или более), помещаемым перед пропиткой сверхтвердого порошка металлическим связующим. В процессе пропитки указанные добавки образуют механически прочные карбиды, нитриды и бориды при воздействии на них с одной стороны сверхтвердого порошка, с другой - материала металлического связующего. Получаемые во время сложных химических превращений карбиды, нитриды и бориды составляют основу матрицы компакта, объединяющей сверхтвердый порошок в единое целое. Изменяя в направлении пропитки процент заполнения межзеренного пространства добавками тех или иных элементов, можно регулировать высоту пропитки, а следовательно, и объем заготовки.

П р и м е р 1. К алмазному порошку зернистостью 3-5 мкм добавляют порошок бора в объемном соотношении 7% от веса алмазного порошка. Дисперсность порошка бора 0,1 мкм. Указанную смесь тщательно перемешивают и помещают в камеру высокого давления и температуры. При давлении 40 кбар и температуре 1000-1200^оС смесь попитывается сплавом медь-титан (55% по весу Ti). Полученный материал имеет твердость
HRA=94-97 ед и σ_сж=500 кг/мм².

П р и м е р 2. К порошку кубического нитрида бора ЛПМ 14 зернистостью 14 мкм добавляют порошок бора в объемном соотношении 12% от веса порошка кубического нитрида бора. Дисперсность порошка бора 1 мкм. При давлении 40 кбар и температуре 1400-1500^оС смесь пропитывают сплавом Ni-Cr-Ti.Полученный материал имеет твердость HRA=93-95 ед и σ_сж =450 кг/см².

П р и м е р 3. К алмазному порошку зернистостью 5-7 мкм добавляют порошок титана в изменяющемся соотношении - от 1об% в месте контакта алмазного порошка с материалом пропитки (сплав Cu-Ti, 55 вес.% Ti) до 30 об.% с противоположной стороны. Дисперсность порошка титана 1 мкм. При давлении 40 кбар и температуре 1000-1200^оС получается заготовка с диаметром 13 мм, высотой 12 мм, имеющая твердость HRA=94-97 ед и σ_сж=500 кг/мм².

П р и м е р 4. К порошку кубического нитрида бора ЛПМ 14 зернистостью 14 мкм добавляют мелкодисперсную смесь элементов никеля, хрома и титана в весовом соотношении между собой 1: 1:1 и в общем объемном соотношении с порошком кубического нитрида бора 8%. Дисперсность порошков Ni, Cr, Ti 0,5 мкм. При давлении 40 кбар и температуре 1400-1500^оС тщательно перемешанная смесь пропитывается сплавом Ni-Cr-Ti. В результате получается материал с твердостью HRA=93-95 ед и σ_сж =450 кг/мм².

П р и м е р 5. К алмазному порошку зернистостью 200/160 мкм 70%, 80/63 мкм 20%, 5/3 пм 10% добавляют порошки бора и кремния в весовом соотношении 85% В и 15% Si. Дисперсность порошка бора и кремния 1 мкм. Мелкодисперсные порошки бора и кремния составляют 7% от объема алмазного порошка. Порошки алмаза, бора и кремния тщательно перемешивают и помещают в камеру высокого давления и температуры. При давлении 40 кбар и температуре 1200^оС пропитывают сплавом Cu-Ti (55 по весу Ti). Полученный материал имеет твердость HRA=94-97 ед. и σ_сж=500 мг/мм².

Результаты анализа показывают, что в предложенном способе веществами, цементирующими сверхтвердый порошок в единое целое, являются карбиды, нитриды и бориды, обладающие высокой твердостью.

Таким образом, предложенный способ получения композиционного материала позволяет получать композиционные материалы, абразивная стойкость и прочностные свойства которых на 5-10% выше, чем по известному способу (см. авт. св. N 411724).

Предложенный способ прост в технологическом исполнении. Позволяет удешевить процесс, заменив часть сверхтвердого порошка на порошки металлов IV-VI групп (карбидо-, нитридо- или боридообразующих).

Предложенный способ позволяет получить компакты на основе мелкозернистого порошка сверхтвердых веществ (3-5 мкм) высотой на 15-20% выше, чем по известному способу.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА, включающий обработку исходного порошка высоким давлением и температурой и последующую пропитку металлическим связующим, отличающийся тем, что, с целью повышения абразивной стойкости, повышения механических свойств и увеличения размеров получаемых заготовок, в качестве исходного порошка используют сверхтвердый порошок зернистостью от 3 - 5 мкм до 160 - 200 мкм и добавляют к нему перед обработкой порошок одного или нескольких карбидо-, или нитридо-, или боридообразующих химических элементов с дисперсностью 0,5 - 1 мкм в объемном соотношении со сверхтвердым порошком 1 - 30%.