Способ получения поликристаллических алмазных агрегатов заданной формы
Qее ИСАНИЕ заете1
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Своз Соавтсмик
Соцмалмстнмесюп
Рвснубпнк
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТВЛЬСТВУ (6I) Допрлиительиое к авт. свид-ву(22) Заявлено04.01.70 (21) 1513779/2326
2 (51) M. Кл.
С 01 В 31/06 с присоединением заявки № е (23) Приоритет
Гасударственный кюметет
Сююета Менеетрав СССР юе делам кееюретееее е еткрмтей (43) Опубликовано05.11,77. Бюллетень №41 (53) УДК661 666.2 (088.8) (45) Дата опубликования описания 15.11.77
Л: Ф. Верещагин, Е. Н. Яковпев, Т. Jl. Варфопомеева, А. Я. Преображенский, В. Н. Спесарев, В. А, Степанов н Л. Е. Штеренберв (72) Авторы изобретения
Ордена Трудового Красного Знамени институт фнэикн высокик дввпеннй AH СССР (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ
АГРЕГАТОВ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ
Изобретение относится к области получения промышленных алмазов. Оно может быть использовано в машиностроении, приборостроении, горнодобывающей, часовой промышленности и т.д.
Известен способ синтеза поликристаллического алмаза, по которому исходную для синтеза графитовую заготовку нагревают в две стадии с длительностью процесса синтеза 30—
60 мин, что благоприятствует росту зерен алмаза. В результате получают крупнокристаллические образования алмаза. Кроме того, в упомянутом способе катализатор применяется в виде металлических пластин, что приводит к большому содержанию включений металла в алмазах, ухудшая нх прочностные свойства.
По предлагаемому способу получают прочные алмазные агрегаты заданной формы, состоящие из мелкодисперсных кристаллитов, сросшихся в процессе синтеза. Способ дает воэможность получать крупные алмазные изделия с высокой чистотой поверхности, имеющие форму рабочих частей инструментов: резцов, выглажнвателей, стеклорезов, волок, буровых коронок и т. д. Для получения мелкозернистых алмазных агрегатов реакционный графит окружают оболочкой нз иорошкообраэного катализатора, а нагрев осуществляют импульсом электрического тока. Процесс кристаллизации проводят в области термодинамнческой стабильности алмаза при давлении выше 80 кбар и температурах, превышающих 1500 С. Известно, что образованию мелкозернистой структуры благопрнпятствует быстрая кристаллизация в условиях сильного пересыщення маточной среды.
Высокая скорость превращения графита и алмаз достигается благодаря сильно развитой
tp поверхности контакта мелкого порошкообразного катализатора с реакционным графитом.
Порошкообразная форма катализатора используется также для выбора величины его каталитической активности путем замены части катализатора инертным наполнителем. Кроме того, тонкозерннстый порошок катализатора выполняет роль среды для почти гидростатической передачи давления на графит, что позволяет в высокой степени сохранять его форму прн сжатии.
Нагрев импульсом электрического тока одновременно инициирует по всей поверхности графита его превращение в алмаз. Такое прекращение обеспечивается созданием во всей зоне контакта катализатора с графитом равной температуры, достаточной для выбранных усло
2 вий синтеза алмаза. Кроме того, импульсный
329761
Формула изобретения
Составитель Н Семенова
Редактор О. Филипповн Техред О. Луговая Корректор С, Щеки ар
Заказ 422! /2 Тираж 658 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров CCi I по делам изобретений н открытий! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 нагрев приводит к прибавке давления в камере.
Это, по-видимому, облегчает кинетику превращения графита в алмаз, увеличивая неустойчивость решетки графита. Нагрев заканчивают в момент быстрого нарастания электросопротнвления реакционной ячейки в несколько раэ.
Расположение катализатора в виде порошка по периферии графитовой заготовки приводит к росту алмазного полнкристалла в направлении от поверхности к центру графита, который таким образом превращается в прочный алмаз- 4о ный агрегат, не содержащий в себе крупных включений катализатора. Фрагменты катализа тора присутствуют в агрегате в виде прослоек микронной толщины между некоторыми зернами алмаза.
Пример1. В камеру высокого давления, обест)ечивающую получение давления выше
80 убар, помешают высокотемпературную реакционную ячейку. Ячейка состоит из электрического нагревателя. сопротивления (графит), реакционного графита, . имеющего форму готового изделия, и катализатор в порошке (например, металлы VIII группы и их сплавы, смеси для твердых сплавов типа ТК и ВК), которыми окружают как оболочкой реакционный графит.
Реакционную ячейку подвергают одновременному воздействию высоких давлений (100 кбар и выше) и высоких температур (2OOO С и выше). Указанные параметры поддерживают в течение времени (от 0,1 до 10 сек„в зависимости от давления и размера реакционного графита), необходимого для полного перехода графита в алмаз. После этого температуру (вы30 ключением электрического тока сразу), а зарем н давление снижают. Алмазный агрегат заданной формы выделяют простым механическим удалением остальных частей реакционной ячейки, что не требует специальной химической з5 обработки.
Пример 2. Для получения алмазных агрегатов заданной формы с поверхностью повышенной чистоты (не ниже 7-го класса) используют реакционный графит объемной плотности
2,00-2,2 r/см с поверхностью, выполненной не ниже 5-го класса чистоты. Активность катализатора подбирается предварительно в отдельных опытах. Остальное выполняют по примеру
I. Посторонние частички, не полностью удаленные механическим путем с поверхности алмазного агрегата, окончательно удаляют химической обработкой кислотами нлн щелочами.
Сннтезированы алмазные агрегаты разнообразной заданной формы и различных размеров, например, 5Х5Х5 мм. Их механическая прочность и абразивная стойкость испытаны в лабораторных и заводских условиях. Эти характеристики соизмеримы с такими же характеристиками природных алмазов, а в некоторых случаях выше.
I. Способ получения поликристаллических алмазных агрегатов заданной формы в присутствии катализатора иэ реакционного углеродсодержащего материала, например графита, выполненного по форме готового агрегата под воздействием давления выше 80 кбар и температуры выше 1500 С, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств алмазных агрегатов, нагрев осуществляют импульсом электрического тока с длительностью 0,1 —.
I0 сек, причем реакционный графит окружают оболочкой из порошкообраэного катализатора.
2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что порошкообразный катализатор может содержать инертный тугоплавкий наполнитель.
