Способ получения сверхтвердых композиционных материалов

 

(19)SU(11)683061(13)A1(51)  МПК ⁶    _{B01J3/06, B24D3/06}(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры и может найти применение в машиностроении в качестве конструкционного материала и абразивно-режущего инструмента. Известен способ получения алмазных компактов, включающий нанесение на зерна алмазного порошка слоя металла, химически взаимодействующего с материалом порошка, и слоя металла, образующего сплавы с металлом первого слоя. Покрытие алмаза титаном, химически взаимодействующим с углеродом, дает возможность при высоких температуре и давлении получить на границе раздела алмаз-металл прочные химические связи, что обусловливает прочный спай порошка с металлом. Однако в известном способе внешний слой металла в 3-30 раз по весу превышает первый слой. Кроме того, металлизированные зерна помещаются в матричный материал, например бронзу, что снижает объемную долю алмаза. Структура связующего становится неоднородной, многофазной, что приводит к неоднородности свойств материала и в целом снижает прочностные свойства компакта. Целью изобретения является повышение прочностных свойств сверхтвердых компактов. Цель изобретения достигается тем, что сверхтвердый порошок берут в виде смеси зерен крупной и мелкой фракции с соотношением размеров 1:(0,3-0,1) при содержании мелкой фракции 20-35 об. металлы покрытий берут в эвтектическом соотношении и перед воздействием высокого давления и температуры шихту подвергают вибропрессованию. В качестве мелкой фракции используют порошки с размером зерна 1-5 мкм, в качестве крупной фракции порошки с размером зерна 10-20 мкм. Это дает возможность получить однородную однофазную структуру с наиболее плотной и равномерной укладкой частиц сверхтвердого порошка, что повышает прочность компактов, кроме того, твердость компакта будет одинаковой с обеих сторон компакта. Металлическое покрытие сверхтвердого порошка дает возможность осуществить вибропрессование и перенести виброуплотненный порошок в реакционную ячейку аппарата высокого давления. Экспериментами по вибропрессованию установлено, что уменьшение или увеличение разницы размеров между фракциями порошка указанными выше ведет к менее плотной укладке вследствие разрыхления структуры. Покрытия, взятые в эвтектическом соотношении, обеспечивают однородную структуру связки с наиболее низкой температурой плавления. П р и м е р 1. Алмазный порошок зернистостью 14/10 мкм и 3/1 мкм покрывают Тi и Ni в соотношении 24,5 мас. Ni, 75,5 мас. Тi. Затем порошок в количестве 5 г, из них 1 г порошка зернистостью 3/1 мкм, перемешивают. Полученную шихту подвергают вибропрессованию, затем помещают в реакционную ячейку камеры высокого давления и подвергают давлению 35 кбар и температуре 1100^оС. Полученный компакт имеет σ_сж=550 кг/мм². П р и м е р 2. Порошок кубического нитрида бора зернистостью 14 мкм и 3 мкм покрывают Тi и Ni в соотношении, как в примере 1. Затем порошок зернистостью 14 мкм в количестве 3 г и зернистостью 3 мкм в количестве 1 г перемешивают и подвергают вибропрессованию, после чего помещают в камеру высокого давления и температуры и подвергают действию давления 20 кбар и температуре 1100^оС. Полученный компакт имеет σ _сж=500 кг/мм². П р и м е р 3. Алмазный порошок зернистостью 20/14 мкм и 5/3 мкм покрывают Тi и Cu в соотношении 28 мас. Тi, 72 мас. Cu. Затем порошок зернистостью 20/14 мкм в количестве 5,5 г и зернистостью 5/3 мкм в количестве 1,5 г перемешивают. Полученную шихту подвергают вибропрессованию, после чего помещают в камеру высокого давления и подвергают действию давления 40 кбар и температуре 1050^оС. Полученный компакт имеет высоту 12,5 мм. Твердость с обеих сторон компакта 95-97 НRА, σ _сж=550 кг/мм². Компакты, полученные данным способом, имели σ _сж=500-550 кг/мм². Твердость с обеих сторон компакта 95-97 НRА. Компакты имели высоту 12-13 мм, при этом их размеры ограничивались лишь размерами камеры высокого давления.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий нанесение на зерна сверхтвердого порошка слоя металла, химически взаимодействующего с материалом порошка, и слоя металла, образующего сплавы с металлом первого слоя, с последующим воздействием на полученную шихту высокого давления и температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств, сверхтвердый порошок берут в виде смеси зерен крупной и мелкой фракции с соотношением размеров 1 (0,3 0,1) при содержании мелкой фракции 20 35 об. металлы покрытий берут в эвтектическом соотношении и перед воздействием высокого давления и температуры шихту подвергают вибропрессованию. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве мелкой фракции используют порошки с размером зерна 1 5 мкм, в качестве крупной фракции - порошки с размером зерна 10 20 мкм.