Способ получения сверхтвердых материалов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕШ1Я СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие высокого давления при высокой температуре на слой порошка алмаза или кубического нитрида бора, расположенный в контакте.со слоем металлического связующего, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности и износостойкости материалов , процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 мГцо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ. .СО11ИАЛИСТИ ?ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

am SU (ш

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21} 2634365/25-26 (22) 27.06.78 (46) 30.08.89. Бюл. У 32 (71) Институт физики высоких давлений АН СССР (72) А.А.Семерчан, Ф.Ф.Воронов, М.К.Дмитриев, Л.Н.Джавадов и Ю.Я. Богуславский (53) 666.233 (088.8) (56) Патент США В 3141746 ° кл. 51-307, 21.07.64.

Авторское свидетельство СССР

У 411724, кл. С 01 В 31/06, 10.07.69 (прототип).

Изобретение относится к области изготовления сверхтвердых материалов на основе алмаза, кубического нитрида бора, которые могут быть исполь. зованы для абразивной обработки твердых и хрупких материалов типа керамики, огнеупоров, твердого сплава и др., а также для обработки сталей, цветных и черных металлов и т.д.

Известен способ получения компактных материалов, включающий подготовку исходных компонентов - металлическую связку и сверхтвердого компонента, размещение их определенным образом и воздействие высоких давлений и температур. Осуществление этого способа требует высоких давлений 60—

90 кбар и температур ?400-2000 0,÷òî вызывает технологические затруднения., Наиболее близким к заявляемому является способ получения сверхтвердых материалов, по которому порошок алмаза подвергают воздействию давлат (51)4 В 24 D 3/06 С 01 В 31/06 С 01 В 21/06

2 . 54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие высокого давления при высокой температуре на слой порошка алмаза или кубического нитрида бора, расположенный в контакте со слоем металлического связующего, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения прочности и износостойкости материалов, процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 мГц. ния порядка 60 кбар с последующей пропиткой под этим давлением металла- С ми или сплавами, смачивающими алмаз:.

Свойства получаемых компактных материалов по этому способу в сильной степени зависят от величины зерна сверхтвердого компонента. Так, для изготовления компактного материала, предназначенного для режущего инструмента, применяется сверхтвердый ком" понент с размером зерна менее 10 мкм.

Недостатком способа является невозможность получения высококачественных компактных материалов при применении сверхтвердого компонента с размером зерна менее 3 мкм вследствие неполной пропитки сверхтвердого компонента, так как расплавленная аиЬ металлическая связка при взаимодействии со сверхтвердым компонентом теряет жидкотекучесть вследствие на-. углераживания, азотирования, нитри рования или других химических про741539

50 цессов и закупоривает все поры сжатого под высоким давлением сверхтвердого компонента. Остаточная пористость, возникающая при этом, сильно снижает механические свойства получаемых компактных материалов.

Бель изобретения — увеличение прочности и износостойкости.сверхтвердых материалов. 10

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения сверхтвердого материала, который включает воздействие высокого давления при высокой температуре на слой порошка 15 алмаза или кубического нитрида бора, расположенного в контакте со слоем металлического связующего, процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частот от О,1 до 20

1,О мГц.

Процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частот от 0,1 до 1,0 мГц.

В качестве источника ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрические материалы, преобразующие энергию приложенного переменного электрического тока в механические колебания, Для изготовления пьезоэлектрических преобразователей применяют различные материалы: кварц,сег- . нетова соль, керамические поликристаллы титановых солей и др.

Цля эффективной пропитки длина 35 волны звука должна .быть много меньше размеров получаемого образца:

y

И вЂ” частота звукового поля; а — размеры получаемого образца; С вЂ” ско- 40

С рость звука. Так как Q = — — то

Ъ условие " <(а дает ограничение на нижний предел частоты, При частотах выше 1 мГц ультразвуковые волны будут сильно поглощаться, а следовательно, эффект от наложения звукового поля очень мал, Способ осуществляют следующим образом.

Металлическую связку помещают в графитовый нагреватель, изготовленный в виде стакана, затем засыпают порошок алмаза, кубического нитрида бора илн другого сверхтвердого компонента„ Зернистость порошка выбирают в зависимости от назначения получаемого компакта. Крупнозернистые порошки годны для компактов, предназначенных для абразивной обработки; мелкозернистые " для обработки деталей резанием.

Затем графитовый нагреватель помещают в камеру высокого давления и подвергают одновременному воздействию ультразвукового поля, высокого давления и высокой температуры.

Пример 1. Металлическую связ-. ку Cr-Ni, в соотношении 1:1 по весу, в количестве 2 r помещают в графитовый нагреватель.. Затем засыпают алмазный порошок зернистостью 5 мкм в количестве 2 r и подвергают воздействию ультразвукового поля частотой 1 мГц, мощностью 400 В, давления 25 кбар и температуры 1450 С, Полученный компактный материал обладает абразивной стойкостью

30000 ед. при обработке круга из электрокорунда СТ1.

Компактный материал, полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля, обладает абразивной стойкостью 7600 ед.

П в и м е р 2. Металлическую связку Fe — Cr, в соотношении 1:4 по весу, в количестве 1,5 г помещают в графитовый нагреватель, затем засыпают порошок кубического нитрида бора зернистостью 5 мкм в количестве

3 r и подвергают воздействию ультразвукового поля частотой 0,5 мГц и мощностью 200 В, давления 20 кбар и температуры 1550 С. Полученный компактный материал обладает при резании стали ШХ-15, закаленной до

НКС 60-62, стойкостью 30 мин.

Компактный материал, полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля, обладает при обработке резанием той же стали стойкостью 8 мин.

Пример 3. Металлическую свяэху Ti — Cr, в соотношении 1:1 по весу, в количестве 2 r помещают в графитовый нагреватель-. Затем засыпают алмазный порошок зерностью

7 мкм в количестве 3 r и подвергают действию ультразвукового поля частотой 0,2 мГц и мощностью 140 В, давления 20 кбар и температурой 1200 С.

Полученный компактный материал обладает прочностью на сжатие

450 кг/мм . Компактный материал, полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля, 741539 6

НРС 60-62, в 4 раза выше, чем при резании сверхтвердым материалом, полученным-по прототипу. Прочность на сжатие сверхтвердого материала, полученного по предлагаемому способу, на 20Х выше, чем прочность материала прототипа. Абразивная стойкость при обработке круга Hs электрокорунда СТК выше в 3 — 5 раз,.

1 обладает прочностью на

370 кг/мм, сжатие

Таким образом, данное изобретение позволяет получать сверхтвердые материалы, обладающие по сравнению с прототипом более высокой прочносФью и износостойкостью: стойкость при резании стали ШХ-15, закаленной до-- 10.Составитель М.Дмитриев

Редактор;К.Кусова Техред М,Ходанич Корректор Т .Малец

Заказ 4976 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101