Способ получения компактного материала из нитрида бора

 

пп 483345

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 18,12.72 (21) 1557833, 23-26 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 05.09.75, Бюллетень ¹ 33

Дата опубликования о писания 16.12.75 (51) М. Кл. С Olb 21/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (72) Авторы изооретения

В. П. Алексеевский, А. В. Бочко, С. С. Джамаров, Д. М. Карпинос, Г. Г. Карюк, И. П. Коломиец, А. В. Курдюмов, М. С. Пивоваров, И. Н. Францевич и В. В. Ярош

Ордена Трудового Красного Знамени институт проблем материаловедения АН Украинской ССР и Полтавский завод искусственных алмазов и алмазного инструмента (71) Заявители (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПАКТНОГО МАТЕРИАЛА

ИЗ НИТРИДА БОРА

Изобретение относится к способу полученияння компактного сверхтвердого материала из нитрида бора, который может быть использован для изготовления режущего инструмента.

Известен способ получения компактного материала пз нит1тида бора путем спекания вюрцитоподобного нитрида бора, полученного, например, обработкой гексагопального ннтрида бора ударной волной, и кубического питрида бора, обработанного с помощью ударной волны.

Процесс ведут при давлении выше 50 кбар и температуре более 1200 С. Получаемый по этому способу поликристаллический материал может быть использован для изготовления режущего инструмента, предназначенного для обработки закаленных сталей и чугунов. Он обладает высокой твердостью, но недостаточной пластичностью, не выдерживает высокие ударные нагрузки. Кроме того, для его получения необходимо заранее готовить кубический нитрид бора, что усложняет технологию.

Целью изобретения является получение термостойкого и твердого материала в основном со структурой вюрцита, способного выдерживать высокие ударные нагрузки.

С этой целью предложено материал, предварительно полученный гексагонального нитрида бора ударной волной и содержащий, 2 преимущественно более 50 вес ",0 вюрцитоподобного нитрида бора, в камере перед спеканием изолировать от непосредственного контакта с материалом среды, передающей дав5 ление, с помощью металлического экрана, расположенного в контакте с графитовым нагревателем, и температуру спекания устанавливать по началу плавления экрана. В качестве экрана выбирают металл из груп1о пы: никель, титан, молибден, тантал, вольфрам.

Для изменения абразивных свойств и регулирования степени пластичности в исходный материал перед спеканием вводят такие добавки как алмазы, карбиды, нитриды, бориды.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный материал, представляющий собой смесь вюрцитоподобного и графитопо20 добного нитридов бора, помещают B камеру высокого давления, снабженную графитовым нагревателем и расположенным в контакте с ним металлическим экраном. Прессование и спекание ведут в области термодинамичес2<> кой устойчивости плотных модификаций нитрида бора во избежание обратного перехода этих модификаций в структуру графитоподобного нитрида бора. Процесс ведут под давлением 50 †6 кбар в интервале темпе30 ратур 20 †30 С.

4833345

3 ,Г ля получения поликристаллического материала в основном со структурой вюрцита спекание ведут ниже линии равновесия вюрцитоподобный — кубический нитрид бора.

Исходный материал, полученный обработкой графитоподобного нитрида бора, содержит компоненты высокий дисперсности и дефектности: вюрцитоподобный нитрид бора с удельной поверхностью не менее 20 м /r и пикнометрической плотностью 3,10 — 3,3 г/см и графитоподобный нитрид бора с удельной поверхностью 10 — 20 м /г и пикнометрической плотностью 1,92 — 2,35 г/см .

После спскания получают поликристаллический компактный материал в основном со структурой вюрцита с пористостью 2 — 5 /О, плотностью 3,25 — 3,3 г/смз и микротвердостью 2000 — 7000 кг/мм . Г! ри использовании такого материала в качестве резцов для обработки закаленных сталей и чугунов получают детали, удовлетворяющие 1 — -2 классу точности и чистоте обработанной поверхности 8 — 9 класса. При этом скорости резания варьируют от 60 до 200 об/мин для сталей и от 50 до 300 — 400 м/мин для чугунов. Подачу меняют от 0,02 до 0,11 мм/об, а глубину резания от 0,1 до 1,5 мм.

Пример 1. Исходную смесь, содержащую

10 вес. /О графитоподобного и 90 вес. /О вюрцитоподобного нитридов бора, полученную после обработки исходного графитоподобного нитрида бора взрывом с давлением во фронте ударной волны около 120 кбар, помещают внутрь графитового нагревателя, прессуют под давлением 80 кбар и при температуре

1600 — 1800=С в течение 1 — 2 мин, в результате чего получают прочные компактные спеки черного цвета с пористостью 2 — 3 /,, имеющие Одновременно структуру как вюрцита, так и кубического нитрида бора, с микротвердостью 5000 — 6000 кг/мм .

Резцы, изготовленные из полученного компактного нитрида бора, при точении закаленных сталей (НКС 60 — 65) имеют стойкость

60 — 80 мин до износа по задней грани 0,4 мм при скорости резания 80 — 100 м/мин, продольной подаче 0,07 мм/об, и глубине резания 0,2 мм. Чистота обработанной поверхности 8 — 9 отвечает классу. Резцы из твердых сплавов практически не работают на таком режиме (стойкость 0,5 — 1 мин), П р и м ер 2. Исходную смесь, состоящую из 95 /О вюрцитоподобного и 5 /о графитоподобного нитридов бора, полученную после обработки исходного графитоподобного нитрида бора ударной волной с давлением во фронте ударной волны 120 кбар, помещают внутрь графитового нагревателя, изолированного от нее с помощью никелевого экрана, сжимают до давления 80 кбар и нагревают до 1500 С в течение 2 — 3 мин, в результате чего получают прочные компактные спеки со структурой вюрцита, имеющие пористость 2—

3 /о и, микротвердость 4000 — 5000 кг/мм .

5 !

О !

4

Резцы, изготовленные из полученного, компактного нитрида бора прп точении закаленной стали (HRC 56 — 58) при скорости резания 100 м/мин с продольной подачей

0,11 мм/об и при глубине резания 0,3 мм имеют стойкость около 80 мин до износа по задней грани 0,4 мм при чистоте обработанной поверхности, соответствующей 8 — 9 классу.

Стойкость резцов из твердых сплавов составляла 5 — 7 мин.

Пример 3. Материал, изготовленный по технологии, описанной в примерах 1, 2, используют для изготовления резцов, способных обрабатывать закаленные (HRC 55 — 65) стальные поверхности в условиях ударных нагрузок.

Стойкость этих резцов при точении цилиндрической заготовки пз стали (HRC 62) с тремя рядами отверстий (по четыре на окружность) диаметром 10 мм, расположенными радиально прн скорости резания (V) 225 м/мип; с продольной подачей (S)

0,07 мм/об и при глубине резания (t) 0,15 мм составляет !5 мин. Стойкость резцов при режиме работы V=100 м/мин, S=0,07 мм/об, t=02 мм составляет 25 мин.

Резцы из твердых сплавов, как правило. на первых же отверстиях скалываются.

Пример 4. Контейнер, снаряженный исходным, обработанным взрывной волной нитридом бора (5 вес. jp графитоподобного и

95 вес. О/ иорцитоподобного нитридов бора) в смеси с естественными плн искусственными алмазами (карбидами или нитридами) в соотношении 1: 1 (2: 1, 3: 1 ) по объему соответственно подвергают воздействию давления в интервале от 50 до 80 кбар и агревают до температуры 1800 С в течение 0,5—

3 мин, в результате чего получают прочные компактные спеки, микротвердость которых составляет 2000 — 7000 кг/мм .

Предмет изобретения

1. Способ получения компактного материяла пз нитрида бора путем спекания при высоком давлении н температуре материала, предварительно полученного обработкой гексагонального нитрида бора ударной волной и содержащего вюрцитоподобный нитрид бора, отличающийся тем, что, с целью получения термостойкого и твердого материала в основном со структурой вюрцита, способного выдерживать высокие ударные нагрузки, перед спеканием материал изолируют от непосредственного контакта с материалом среды, передающей давление, с помощью металлического экрана, расположенного в контакте с графитовым нагревателем, и температуру устанавливают по началу плавления экрана.

4833345

С оста в птел ь В. Безбородова

Техред 3. Тараненко Корректор H. Лебедева

Редактор Л. Ушакова

Заказ 3052/8 Изд. ¹ 974 Тираж 593 Подписное

Ц11ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4 5

Типографии, нр. Сапунова, 2

2. Способ по п. 1, от ли ч аю щи и с я тем, что в качестве экрана выбирают металл из группы: никель, титан, молибден, тантал, вол ьфр а м.

3. Способ по п. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что для спекания используют материал, содержащий более 50 вес. о7о вюрцитоподобного нитрида бора.