Сырьевая смесь для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала, крупноразмерная заготовка сверхтвердого композитного материала и способ ее получения

Изобретение относится к изделиям инструментальной промышленности, в частности к получению крупноразмерных монолитных заготовок повышенной толщины из сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора для изготовления инструментальных режущих элементов. Техническим результатом изобретения является повышение производительности способа получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, равномерно распределенными в объеме заготовки. Крупноразмерная заготовка сверхтвердого композитного материала содержит наполнитель в виде сверхтвердого материала, представляющего собой кубический нитрид бора, матрицу, содержащую смесь Al и TiC, и скрепляющую фазу, содержащую смесь компонентов, выбранных из группы: AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC, при следующем соотношении компонентов сверхтвердого композитного материала, мас. %: указанный наполнитель - 42-82; указанная матрица - 9-29; указанная скрепляющая фаза - 9-29. Способ включает предварительное прессование однородной смеси компонентов с пластификатором при давлении 490-590 МПа с получением гранул, измельчение гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм, прессование порошка в брикеты при том же давлении и термовакуумную обработку брикетов при температуре 400-500^оС. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к изделиям инструментальной промышленности, в частности, к получению крупноразмерных монолитных заготовок повышенной толщины из сверхтвердых материалов (СМ) на основе поли кристаллического алмаза (ПКА) и/или кубического нитрида бора (КНБ) изготовления инструментальных режущих элементов: режущие вставки, сменных многогранных пластин стандартизированного размерного ряда и с увеличенным размером рабочей толщины (свыше 12,7 мм), пластины криволинейного профиля для резцов типа Rollfeed, различные типы фасонных резцов (стержневых, призматических, круглых), сложно-профильные осевые инструменты, в том числе фрез, буровые резцы типа PDC, использующие для обработки различного рода износостойких материалов, в первую очередь при точении термообработанных сталей, серых и высокопрочных чугунов, никелевых сплавов, износостойких наплавок, вольфрамосодержащих твердых сплавов, железобетона, алюминиевых, титановых сплавов и горных пород; в том числе монолитные полуфабрикаты повышенной толщины из сверхтвердого композитного материала (СТМ) могут применяться для изготовления сварочного инструмента, реализующего технологию соединения различных материалов (сплавов на основе алюминия, магния, титана, меди, железа, никеля, кобальта, в том числе пластмасс и композитов) методом сварки трением с перемешиванием (метод СТП).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны двухслойные и многослойные сверхтвердые композиты в виде заготовок с толщиной сверхтвердого слоя до 1 мм и монолитные сверхтвердые композиты с толщиной до 5,0 мм получаемые для последующего изготовления из них различного режущего инструмента, раскрытые в US 2005/210755 А1, опубл. 29.09.2005 (Д1). В Д1 получение сверхтвердого материала толщиной от 0.7 мм до 0.9 мм возможно при спекании отдельных сверхтвердых частиц размером от 2 мкм до 4 мкм, при этом предлагается увеличить толщину материала от 3 до 5 мм путем увеличения размер частиц СТМ от 10 до 40 мкм, однако отмечается, что увеличение толщины заготовки более 1 мм приводит к неоднородному спеканию частиц СТМ, в результате материал может растрескиваться еще на стадиях спекания при высокой температуре, а микроструктурная неоднородность свойств, возникающая в следствие неравномерного распределения зерен сверхтвердых компонентов и связки, приводит к преждевременному скалыванию и выкрашиванию инструментального материала в процессе эксплуатации, что значительно снижает эксплуатационный ресурс инструмента. Таким образом, получение заготовок увеличенной толщины, указанным способом, сопряжено с ограниченным диапазоном частиц СТМ и микроструктурной неоднородностью.

В Д1 также приводится способ, в котором используется смесь алмаза и предварительно цементированного карбида, которая уменьшает неоднородности и снижает тенденцию образования отдельных фаз - частиц СТМ и связующих компонентов. Однако способ увеличивают трудоемкость и стоимость изготовления, а также имеет ограничения по достижимой толщине.

Также упоминается монолитный композит на основе поликристаллического нитрида бора (ПКНБ), содержащий около 90% по объему зерен КНБ, имеющих размер частиц около 10 мкм и 10 об.% AlN и АlВ₂ в керамической фазе. Толщина такого монолитного композита может варьироваться от 3,0 до 5,0 мм. Отмечается, что для поддержания однородного качества, используется более крупная фракция порошка КНБ от 10 до 20 мкм. Таким образом, возможность достижения большей толщины представленного композита ограничена рецептурным составом, что соответственно сокращает область применения композита в качестве инструментального материала.

Способ, раскрытый в Д1, позволяет получать двухслойные и многослойные сверхтвердые композиты увеличенной толщины, однако способ имеет недостатки, обусловленные процессами инфильтрации (Фиг. 2). Инфильтрация происходит от твердосплавной подложки к поверхности слоя СТМ, следовательно, предопределено неравномерное распределение связующего как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной плоскости, что приводит к неравномерности физико-механических свойств получаемого композита в объеме заготовки. Наличие твердосплавной подложки приводит к образованию областей с разными давлениями (в центре больше, по краям меньше) и, как следствие, к изменению толщины полезного слоя СТМ от центра к периферии. Существенно ограничен потенциальный набор связующих материалов для синтеза сверхтвердых композиционных материалов (СТКМ), так как технология направлена на растворение и перекристаллизацию частиц СТМ при инфильтрации. Выход полезного материала СТКМ ограничен в силу того, что процесс инфильтрации эффективен для слоя порошка СТМ не более 1-2 мм. Неравномерное распределение связующего и наличие твердосплавной подложки снижает потребительские характеристики СТКМ из-за дополнительных напряжений, вносимых различными КТР.

Кроме того, из уровня техники описывает способ получения электропроводных монолитных сверхтвердых композитов с высоким содержанием КНБ около или свыше 80% с толщиной около 4,8 мм, или около 3,2 мм, или около 1 мм, раскрытый в WO 2012/033930 A3, опубл. 07.06.2012, прототип, Д2. В Д2 раскрыта возможность получения диапазона толщин заготовок от 1 мм до 50 мм или другие толщины, в зависимости от применения, но в то же время в качестве примера указываются размер камеры аппарата высокого давления 50 см³. В Д2 также отмечается, что возможное равномерное распределение зерен сверхтвердых компонентов и связки в составе смеси может приводить к равномерному распределению состава и свойств спеченного материала, а также отмечают что метод получения материала без подложки может быть преимуществом, так как подложка не занимает ценного объема камеры аппарата высокого давления, при этом описывается способ получения только для составов с высоким содержанием сверхтвердой фазы около или более 80% в аппарате высокого давления с камерой 50 см3, а также не учитывают и не описывает другие факторы и приемы, существенно влияющие на возможность получения спеков сверхтвердых композитов большой толщины с равномерным распределением свойств в пределах заготовки. Таким образом, Д2 не описывает получение монолитной крупноразмерной заготовки большой толщины из сверхтвердых материалов широкого диапазона рецептур с равномерным распределением свойств.

Недостатком всех указанных выше технических решений (Д1-Д2) является недостаточная эффективность способа получения монолитных композитов из сверхтвердых материалов однородных в микромасштабе, поскольку имеющиеся решения позволяют получать заготовки небольшой толщины от 4,8 до 5 мм, что существенно ограничивает технологичность и производительность последующей переработки таких заготовок в инструмент различных типоразмеров.

В указанных выше технических решениях, в частности не приводятся данные о возможности получения заготовок высокой толщины однородных в микромасштабе для различных рецептур с широким диапазоном содержания сверхтвердой фазы от 40 до 95% различного гранулометрического состава, что оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства инструментальных материалов и главным образом определяет область их функционального применения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является разработка высокопроизводительного способа получения крупноразмерной заготовки СТМ объемом не менее 49 см³ с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, в том числе равномерно распределенными в объеме заготовки.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности способа получения крупноразмерной заготовки СТМ с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, равномерно распределенными в объеме заготовки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что сырьевая смесь для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала содержит монофракционные или полифракционные предварительно сепарированные порошки сверхтвердого материала в виде кубического нитрида бора и/или поликристаллического алмаза и напорошок первого дополнительного компонента, содержащий алюминий и по крайней мере один компонент, выбранный из группы: карбид титана, нитрид титана, при следующем соотношении компонентов в мас. %:

указанные порошки сверхтвердого материала - 30-95;

указанный первый дополнительный компонент - 5-70.

Используют порошки сверхтвердого материала по крайней мере одной фракции, выбранной из: 0,1-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм, 1-3 мкм, 3-7 мкм, 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм, 20-28 мкм.

Содержание алюминия в первом дополнительном компоненте составляет 6-12 мас. %, а соотношение между компонентами, выбранными из группы: карбид титана, нитрид титана, составляет 1:1.

Сырьевая смесь для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала дополнительно содержит нанопорошок второго дополнительного компонента в количестве 5-10 мас. % от сырьевой смеси по п. 1, при этом нанопорошок второго дополнительного компонента содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: олово, медь, магний, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, вольфрам, никель, или по крайней мере один компонент, выбранный из группы: карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, или по крайней мере один компонент, выбранный из группы: элементы или их сплавы, выбранные из группы: магний, кремний, алюминий, медь, или по крайней мере один компонент, выбранный из группы: нитриды, бориды и борнитриды щелочных и щелочноземельных металлов, при соотношении между компонентами второго дополнительного компонента равном 1:1.

Смесь сепарированных порошков кубического нитрида бора и поликристаллического алмаза, содержит в мас. %: порошок кубического нитрида бора - 5-95, порошок поликристаллического алмаза - остальное.

Крупноразмерная заготовка сверхтвердого композитного материала, полученная на основе вышеуказанной сырьевой смеси, содержит наполнитель в виде сверхтвердого материала, представляющего собой кубический нитрид бора и/или поликристаллический алмаз, матрицу, содержащую смесь Al и TiC, и скрепляющую фазу, содержащую смесь компонентов, выбранных из группы: AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC, при следующем соотношении компонентов сверхтвердого композитного материала, мас. %:

Указанный наполнитель - 30-95;

Указанная матрица - 2,5-35;

Указанная скрепляющая фаза - 2,5-35.

Смесь сепарированных порошков кубического нитрида бора и поликристаллического алмаза, содержит в мас. %: порошок кубического нитрида бора - 5-95, порошок поликристаллического алмаза - остальное.

Матрица дополнительно содержит ΤiΝ, при соотношении TiC к ΤiΝ равном 1:1, а количественное содержание Al в матрице составляет 6-12 мас. %.

Скрепляющая фаза дополнительно Ti₂AlN, TiCN, а соотношения между компонентами скрепляющей фазы составляет 1:1.

Скрепляющая фаза дополнительно содержит соединение, образованное в результате взаимодействия Al с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: олово, медь, магний, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, вольфрам, никель, или с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: оксиды, карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, или с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: соединения металлов, выбранных из группы: магний, кремний, алюминий, медь, или с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: нитриды, бориды и борнитриды щелочных и щелочноземельных металлов, при этом соотношение между соединениями в скрепляющей фазе составляет 1:1.

Способ получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала, включает следующие этапы:

a) Получение однородной смеси путем смешивания монофракционных или полифракционных предварительно сепарированных порошков сверхтвердого материала, с нанопрошками первого в инертной атмосфере или жидкой фазе, при этом в качестве сверхтвердого материала используют кубический нитрид бора и/или поликристаллический алмаз, в качестве первого дополнительного компонента - алюминий и по крайней мере один компонент, выбранный из группы: карбид титана, нитрид титана;

b) Введение в полученную однородную смесь пластификатора виде смеси парафина с более легкими углеводородами;

c) Предварительное прессование однородной смеси с пластификатором в гранулы при давлении 490-590 ΜПа с последующим получением порошка путем измельчения гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм;

d) Прессование полученного порошка в брикеты высотой 4-6 мм при давлении 490-590 Мпа и последующее прессование брикетов при давлении 490-590 Мпа в газостате;

e) Термо-вакуумная обработка брикетов при температуре 400-500°С.

Дополнительно при получении однородной смеси при перемешивании вводят второй дополнительный компонент, который содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: олово, медь, магний, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, вольфрам, никель, или содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, или содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: элементы или их сплавы, выбранные из группы: магний, кремний, алюминий, медь, или содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: нитриды, бориды и борнитриды щелочных и щелочноземельных металлов.

Используют порошки кубического нитрида бора или поликристаллического алмаза по крайней мере одной фракции, выбранной из: 0,1-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм, 1-3 мкм, 3-7 мкм, 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм, 20-28 мкм.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала осуществляют следующим образом:

Сначала получают однородную смесь при перемешивании компонентов сырьевой смеси для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в инертной атмосфере или в жидкой фазе в устройстве для перемешивания. В качестве инертной атмосферы применяют газ, выбранный из группы: аргон, азот, гелий. В качестве жидкой фазы применяют воду, ацетон, четыреххлористый углерод, толуол, пентан, гексан, гептан, этанол, изопропанол, метанол или их различные смеси.

Сырьевая смесь для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала содержит монофракционные или полифракционные предварительно сепарированные порошки сверхтвердого материала в виде кубического нитрида бора и/или поликристаллического алмаза и напорошок первого дополнительного компонента, содержащий алюминий и по крайней мере один компонент, выбранный из группы: карбид титана, нитрид титана, при следующем соотношении компонентов в мас. %:

указанный порошки сверхтвердого материала - 30-95;

указанный первый дополнительный компонент - 5-70.

Смесь сепарированных порошков кубического нитрида бора и поликристаллического алмаза, содержит в мас. %: порошок кубического нитрида бора - 5-95, порошок поликристаллического алмаза - остальное.

Содержание алюминия в первом дополнительном компоненте составляет 6-12 мас. %, а соотношение между компонентами, выбранными из группы: карбид титана, нитрид титана, составляет 1:1.

Сырьевая смесь для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала дополнительно содержит нанопорошок второго дополнительного компонента в количестве 5-10 мас. % от указанной сырьевой смеси, при этом нанопорошок второго дополнительного компонента содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: олово, медь, магний, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, вольфрам, никель, или по крайней мере один компонент, выбранный из группы: карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, или по крайней мере один компонент, выбранный из группы: элементы или их сплавы, выбранные из группы: магний, кремний, алюминий, медь, или по крайней мере один компонент, выбранный из группы: нитриды, бориды и борнитриды щелочных и щелочноземельных металлов, при соотношении между компонентами второго дополнительного компонента составляет 1:1.

Затем в полученную однородную смесь вводят пластификатор в количестве 5-7 мас. % - временная технологическая связка (ВТС) виде смеси парафина с более легкими углеводородами (ВТС) при их соотношении равном 1:10 с последующим дополнительным перемешиванием. В качестве ВТС используют парафин, разбавленный в жидких углеводородах (гексан, бензин и т.д.).

После чего осуществляют предварительное прессование однородной смеси с пластификатором в гранулы при давлении пресса 490-590 ΜПа с последующим получением порошка путем измельчения гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм, а затем осуществляют прессование полученного порошка в брикеты высотой 4-6 мм при давлении 490-590 Мпа, с последующим прессованием брикетов при давлении пресса 490-590 Мпа в газостате.

На финальном этапе осуществляют термо-вакуумную обработку брикетов в печи при температуре 400-500°С с целью окончательного удаления пластификатора из материала.

В результате вышеописанных операций способа получают крупноразмерную заготовка сверхтвердого композитного материала, содержащая наполнитель в виде сверхтвердого материала, представляющего собой кубический нитрид бора и/или поликристаллический алмаз, матрицу, содержащую смесь Αl и TiC, и скрепляющую фазу, содержащую смесь компонентов, выбранных из группы: AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC, при следующем соотношении компонентов сверхтвердого композитного материала, мас. %:

Указанный наполнитель - 30-95;

Указанная матрица - 2,5-35;

Указанная скрепляющая фаза - 2,5-35.

Смесь сепарированных порошков кубического нитрида бора и поликристаллического алмаза, содержит в мас. %: порошок кубического нитрида бора - 5-95, порошок поликристаллического алмаза - остальное.

Матрица дополнительно содержит TiN, при соотношении TiC к TiN равном 1:1, а количественное содержание Al в матрице составляет 6-12 мас. %.

Скрепляющая фаза дополнительно Ti₂AlN, TiCN, а соотношения между компонентами скрепляющей фазы составляет 1:1.

Скрепляющая фаза дополнительно содержит соединение, образованное в результате взаимодействия Al с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: олово, медь, магний, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, вольфрам, никель, или с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: оксиды, карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, или с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: соединения металлов, выбранных из группы: магний, кремний, алюминий, медь, или с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: нитриды, бориды и борнитриды щелочных и щелочноземельных металлов, при этом соотношение между соединениями в скрепляющей фазе составляет 1:1.

Дополнительно при получении однородной смеси при перемешивании вводят второй дополнительный компонент, который содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: олово, медь, магний, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, вольфрам, никель, или содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, или содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: элементы или их сплавы, выбранные из группы: магний, кремний, алюминий, медь, например, Al-Si-Mg, Al-Si-Cu, Al-Cu, Al-Mg, или содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: е. Щелочные и щелочноземельные металлы выбранны из группы: литий, кальций, магний, стронций, барий, бериллий. Переходные металлы 4-6 групп таблицы Менделеева выбраны из группы: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Та, W.

Используют порошки кубического нитрида бора или поликристаллического алмаза по крайней мере одной фракции, выбранной из: 0,1-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм, 1-3 мкм, 3-7 мкм, 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм, 20-28 мкм.

Полученные по заявленному способу крупноразмерные заготовки подвергались исследованию на равномерность физико-механических и эксплуатационных свойств по всему объему заготовки. Для этого крупноразмерная заготовка были разрезаны на слайсы толщиной 4,76 мм. Далее полученные слайсы шлифовались по плоскости, а затем были взяты пять образцов диаметром 9,525 мм и толщиной 4,76 мм из центра и периферийных зон крупноразмерной заготовки.

Для изучения микроструктуры осуществлялась полировка образцов в алмазной суспензии на двухдисковой полировальной машине при частоте вращения диска 140 мин^-1.

Промывка образцов проводилась в этиловом спирте с помощью ультразвуковой

ванны.

Петрографический анализ образцов при увеличениях до ×1000 проводился в поляризационном проходящем свете на оптическом микроскопе, совмещенном с многофункциональной системой анализатора.

Распределение частиц по размерам исходных порошков измерялось в жидкой среде на лазерном анализаторе частиц.

Рентгенофазовый анализ порошков и композитов проводился на дифрактометре при монохроматизированном излучении CuKα с длиной волны 1,54178 А в интервале углов 2θ=15…80° с шагом 0,02°. Кристаллические фазы идентифицировали с помощью специализированного программного обеспечения.

Микроструктура образцов исследовалась на электронно-ионном микроскопе. Ускоряющее напряжение электронной пушки составляло 1-20 кВ. Изображения получали во вторичных электронах при увеличениях до ×50000.

Средняя плотность и открытая пористость композитов измерялась методом насыщения керосином с предварительным взвешиванием сухих образцов и последующим гидростатическим взвешиванием насыщенных образцов на прецизионных весах. Плотность керосина для расчета определялась с помощью ареометра.

Значение микротвердости Η и модуля упругости Ε образцов измерялась на сканирующем твердомере. В качестве индентора использовали трехгранную пирамиду Берковича. Калибровку прибора проводили на образце полированного плавленого кварца в интервале нагрузок 10-300 мН с шагом 10 мН.

Определение микротвердости и модуля упругости осуществлялось на полированных образцах композита при нагрузке 150 мН.

Шероховатость поверхности композита контролировалась перед каждым измерением микротвердости. Для получения точного результата проводилось не менее 49 измерений микротвердости. Размер анализируемой площади пластины составлял 3,5×3,5 мм.

Проверка режущих свойств композитов выполнялась на многофункциональном токарном станке.

Твердость заготовок для точения, которая составляла не менее 60 HRC для всех испытаний, измерялась ультразвуковым твердомером.

Наружное точение с ударом осуществлялось на цилиндрической заготовке ХВГ с двумя пазами по режиму: скорость резания V_c=180 м/мин, оборотная подача f_n=0,3 мм/об, глубина резания а_р=0,3 мм, время резания Т_с=3 мин.

Пример 1

Для получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в виде монолитного диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм, содержащей в мас. %: наполнитель (КНБ) - 74; матрицу (Al+TiC, при содержании алюминия в матрице 6 масс. %) - 16 и скрепляющую фазу (AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC) - 10, осуществляют следующие операции.

Сначала получают однородную смесь при перемешивании компонентов сырьевой смеси для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в атмосфере аргона, содержащей в мас. %: КНБ фракции 10-14 мкм - 81 и первый дополнительный компонент (Al+TiC) - 19 (содержание Al в смеси первого дополнительного компонента составляет 6 мас. %).

Затем в полученную однородную смесь вводят пластификатор в количестве 5 мас. % виде смеси парафина с гексаном при их соотношении равном 1:10 с последующим дополнительным перемешиванием.

После чего осуществляют предварительное прессование однородной смеси с пластификатором в гранулы при давлении 490 МПа с последующим получением порошка путем измельчения гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм, а затем осуществляют прессование полученного порошка в брикеты высотой 4 мм при давлении 490 МПа, с последующим прессованием брикетов при давлении 490 МПа в газостате.

На финальном этапе осуществляют термо-вакуумную обработку брикетов при температуре 400°С с целью окончательного удаления пластификатора из материала.

Полученная крупноразмерная заготовка имеет гомогенную микроструктуру, твердость - 36,5 Гпа, износостойкость резцов (износ задней грани при работе инструмента в течение 3 мин) - 100 мкм, Производительность - 117 см³/ч, выход годной продукции не менее 90%.

Пример 2

Для получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в виде монолитного диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм, содержащей в мас. %: наполнитель (КНБ) - 52; матрицу (Al+TiC+TiN, при содержании алюминия в матрице 10 мас. % и соотношении TiC к TiN равном 1:1) - 30 и скрепляющую фазу (AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC, Ti₂AlN, TiCN) - 18, осуществляют следующие операции.

Сначала получают однородную смесь при перемешивании компонентов сырьевой смеси для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в атмосфере аргона, содержащей в мас. %: КНБ фракции 10-14 мкм - 64 и первый дополнительный компонент (Al+TiC+TiN) - 36 (содержание Al в смеси первого дополнительного компонента составляет 10 мас. %, соотношении TiC к TiN равно 1:1).

Затем в полученную однородную смесь вводят пластификатор в количестве 6 мас. % виде смеси парафина с гексаном при их соотношении равном 1:10 с последующим дополнительным перемешиванием.

После чего осуществляют предварительное прессование однородной смеси с пластификатором в гранулы при давлении 490 МПа с последующим получением порошка путем измельчения гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм, а затем осуществляют прессование полученного порошка в брикеты высотой 6 мм при давлении 540 МПа, с последующим прессованием брикетов при давлении 540 МПа в газостате.

На финальном этапе осуществляют термо-вакуумную обработку брикетов при температуре 450°С с целью окончательного удаления пластификатора из материала.

Полученная крупноразмерная заготовка имеет гомогенную микроструктуру, твердость - 32,5 Гпа, износостойкость резцов (износ задней грани при работе инструмента в течение 3 мин) - 80 мкм, Производительность - 117 см³/ч, выход годной продукции не менее 90%.

Пример 3

Для получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в виде монолитного диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм, содержащей в мас. %: наполнитель (КНБ) - 81; матрицу (Al+TiC, при содержании алюминия в матрице 12 мас. %) - 10 и скрепляющую фазу (AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC) - 9, осуществляют следующие операции.

Сначала получают однородную смесь при перемешивании компонентов сырьевой смеси для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в жидкой фазе - воде, содержащей в мас. %: КНБ фракции 10-14 мкм - 94 и первый дополнительный компонент (Al+TiC) - 6 (содержание Al в смеси первого дополнительного компонента составляет 12 мас. %).

Затем в полученную однородную смесь вводят пластификатор в количестве 5 мас. % виде смеси парафина с гексаном при их соотношении равном 1:10 с последующим дополнительным перемешиванием.

После чего осуществляют предварительное прессование однородной смеси с пластификатором в гранулы при давлении 590 МПа с последующим получением порошка путем измельчения гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм, а затем осуществляют прессование полученного порошка в брикеты высотой 5 мм при давлении 590 МПа, с последующим прессованием брикетов при давлении 590 МПа в газостате.

На финальном этапе осуществляют термо-вакуумную обработку брикетов при температуре 500° с целью окончательного удаления пластификатора из материала.

Полученная крупноразмерная заготовка имеет гомогенную микроструктуру, твердость - 45,3 Гпа, износостойкость резцов (износ задней грани при работе инструмента в течение 3 мин) - 120 мкм, Производительность - 117 см³/ч, выход годной продукции не менее 90%.

Пример 4

Пример 4 относится к получению крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в виде монолитного диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм, содержащей в мас. %: наполнитель (КНБ) - 30; матрицу (Al+TiC, при содержании алюминия в матрице 6 мас. %) - 35 и скрепляющую фазу (AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC) - 35. Способ получения аналогичен способу получения, описанному в примере 1, за исключением содержания сырьевой смеси. Сырьевая смесь содержит мас. %: КНБ, содержащий фракции 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм и 20-28 мкм - 42 и первый дополнительный компонент (Al+TiC) - 58 (содержание Al в смеси первого дополнительного компонента составляет 6 мас. %).

Полученная крупноразмерная заготовка имеет гомогенную микроструктуру, твердость - 45,3 ГПа, износостойкость резцов (износ задней грани при работе инструмента в течение 3 мин) - 65 мкм, Производительность - 117 см³/ч, выход годной продукции не менее 90%.

Пример 5

Пример 5 относится к получению крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в виде монолитного диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм, содержащей в мас. %: наполнитель (КНБ) - 62,5; матрицу (Al+TiC, при содержании алюминия в матрице 6 мас. %) - 2,5 и скрепляющую фазу (AlB2, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC) - 35. Способ получения аналогичен способу получения, описанному в примере 1, за исключением содержания сырьевой смеси. Сырьевая смесь содержит мас. %: КНБ, содержащий фракции 0,1-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм, 1-3 мкм, 3-7 мкм, 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм и 20-28 мкм - 62,5 и первый дополнительный компонент (Al+TiC) - 37,5 (содержание Al в смеси первого дополнительного компонента составляет 6 мас. %).

Полученная крупноразмерная заготовка имеет гомогенную микроструктуру, твердость - 45,3 ГПа, износостойкость резцов (износ задней грани при работе инструмента в течение 3 мин) - 115 мкм, Производительность - 117 см³/ч, выход годной продукции не менее 90%.

Пример 6

Пример 6 относится к получению крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в виде монолитного диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм, содержащей в мас. %: наполнитель (КНБ) - 62,5; матрицу (Al+TiC, при содержании алюминия в матрице 6 мас. %) - 35 и скрепляющую фазу (AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC) - 2,5. Способ получения аналогичен способу получения, описанному в примере 3, за исключением содержания сырьевой смеси. Сырьевая смесь содержит мас. %: КНБ фракции 0,1-0,5 мкм - 62,5 и первый дополнительный компонент (Al+TiC) - 37,5 (содержание Al в смеси первого дополнительного компонента составляет 6 мас. %).

Полученная крупноразмерная заготовка имеет гомогенную микроструктуру, твердость - 45,3 ГПа, износостойкость резцов (износ задней грани при работе инструмента в течение 3 мин) - 115 мкм, Производительность - 117 см³/ч, выход годной продукции не менее 90%.

Аналогичные результаты по достижению технического результата были достигнуты другими заявленными компонентами сырьевой смеси в заявленных соотношениях, не вошедшими в выше раскрытые примеры, для получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала в соответствии с заявленными операциями способа при заявленных условиях проведения операций способа.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

1. Сырьевая смесь для изготовления крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала, содержащая монофракционные или полифракционные предварительно сепарированные порошки сверхтвердого материала в виде кубического нитрида бора и нанопорошок первого дополнительного компонента, содержащий алюминий и карбид титана, при следующем соотношении компонентов в мас. %:

указанные порошки сверхтвердого материала - 30-94;

указанный первый дополнительный компонент - 6-70,

причем содержание алюминия в первом дополнительном компоненте составляет 6-12 мас. %.

2. Сырьевая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что используют порошки сверхтвердого материала по крайней мере одной фракции, выбранной из: 0,1-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм, 1-3 мкм, 3-7 мкм, 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм, 20-28 мкм.

3. Сырьевая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что первый дополнительный компонент дополнительно содержит нитрид титана при соотношении карбида титана к нитриду титана, равном 1:1.

4. Сырьевая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит нанопорошок второго дополнительного компонента в количестве 5-10 мас. % от сырьевой смеси по п. 1, при этом нанопорошок второго дополнительного компонента содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы: карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева.

5. Способ получения крупноразмерной заготовки сверхтвердого композитного материала, полученной из сырьевой смеси по любому из пп. 1-4 и содержащей наполнитель в виде сверхтвердого материала, представляющего собой кубический нитрид бора, матрицу, содержащую смесь Al и TiC, и скрепляющую фазу, содержащую смесь компонентов, выбранных из группы: AlB₂, AlN, Ti₂АlС, Ti₃АlС, включающий следующие этапы:

a) получение однородной смеси путем смешивания монофракционных или полифракционных предварительно сепарированных порошков сверхтвердого материала с нанопорошками первого дополнительного компонента в инертной атмосфере или жидкой фазе, при этом в качестве сверхтвердого материала используют кубический нитрид бора, в качестве первого дополнительного компонента - алюминий и карбид титана;

b) введение в полученную однородную смесь пластификатора в виде смеси парафина с более легкими углеводородами;

c) предварительное прессование однородной смеси с пластификатором в гранулы при давлении 490-590 ΜПа с последующим получением порошка путем измельчения гранул на сите с размером ячеек 1600 мкм;

d) прессование полученного порошка в брикеты высотой 4-6 мм при давлении 490-590 МПа и последующее прессование брикетов при давлении 490-590 МПа в газостате;

e) термовакуумная обработка брикетов при температуре 400-500°С.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что первый дополнительный компонент дополнительно содержит нитрид титана при соотношении карбида титана к нитриду титана, равном 1:1.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно при получении однородной смеси при перемешивании вводят второй дополнительный компонент, который содержит по крайней мере один компонент, выбранный из группы карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева, для образования дополнительного соединения в качестве скрепляющей фазы в результате взаимодействия Al с по крайней мере одним вышеуказанным компонентом.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют порошки кубического нитрида бора по крайней мере одной фракции, выбранной из: 0,1-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм, 1-3 мкм, 3-7 мкм, 7-10 мкм, 10-14 мкм, 14-20 мкм, 20-28 мкм.

9. Крупноразмерная заготовка сверхтвердого композитного материала, полученная способом по п. 5, содержащая наполнитель в виде сверхтвердого материала, представляющего собой кубический нитрид бора, матрицу, содержащую смесь Al и TiC, и скрепляющую фазу, содержащую смесь компонентов, выбранных из группы: AlB₂, AlN, Ti₂AlC, Ti₃AlC, при следующем соотношении компонентов сверхтвердого композитного материала, мас. %:

указанный наполнитель - 42-82;

указанная матрица - 9-29;

указанная скрепляющая фаза - 9-29.

10. Крупноразмерная заготовка по п. 9, отличающаяся тем, что матрица дополнительно содержит TiN, при соотношении TiC к TiN, равном 1:1, а количественное содержание Al в матрице составляет 6-12 мас. %.

11. Крупноразмерная заготовка по п. 9, отличающаяся тем, что скрепляющая фаза дополнительно содержит Ti₂AlN, TiCN.

12. Крупноразмерная заготовка по п. 11, отличающаяся тем, что скрепляющая фаза дополнительно содержит соединение, образованное в результате взаимодействия Al с по крайней мере одним компонентом, выбранным из группы: оксиды, карбиды, нитриды и бориды переходных металлов 4-6 групп таблицы Менделеева.