Способ получения сверхтвердого материала

Номер патента: 841174

Авторы: Балашова, Кузин, Семерчан

Формула

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА, включающий обработку исходного порошка высоким давлением и температурой и последующую пропитку металлическим связующим, отличающийся тем, что, с целью повышения абразивной стойкости, повышения механических свойств и увеличения размеров получаемых заготовок, в качестве исходного порошка используют сверхтвердый порошок зернистостью от 3 - 5 мкм до 160 - 200 мкм и добавляют к нему перед обработкой порошок одного или нескольких карбидо-, или нитридо-, или боридообразующих химических элементов с дисперсностью 0,5 - 1 мкм в объемном соотношении со сверхтвердым порошком 1 - 30%.

Описание

Изобретение относится к способам получения сверхтвердых материалов и может найти применение в машиностроении в качестве конструкционного материала и в станкостроительной промышленности в качестве абразива.
Известен способ получения сверхтвердых материалов, например алмазных материалов, которые получаются из алмазного порошка и металлического связующего при высоком давлении и высокой температуре.
Недостатком известного способа являются низкие механические свойства получаемого материала.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения алмазных композиционных материалов, включающий обработку алмазного порошка высоким давлением и температурой, с последующей его пропиткой под этим давлением металлами или сплавами, например титаном, титан-хромом и другими, путем их плавления.
Недостатками известного способа являются низкая абразивная стойкость материала, низкие механические свойства, ограничение по высоте и объему получаемых заготовок.
Целью изобретения является повышение абразивной стойкости, механических свойств, увеличение размеров получаемых заготовок.
С этой целью в описываемом способе получения сверхтвердого материала, включающем обработку исходного порошка высоким давлением и температурой и последующую пропитку металлическим связующим, в качестве исходного порошка используют сверхтвердый порошок зернистостью от 3-5 мкм до 160-200 мкм, добавляют к нему перед обработкой порошок одного или нескольких карбидо- или нитридо-, или боридообразующих химических элементов с дисперсностью 0,5-1 мкм в объемном соотношении со сверхтвердым порошком 1-30%.
В предлагаемом способе повышение механических свойств достигается за счет частичного заполнения межзеренного пространства сверхтвердого порошка мелкодисперсным порошком элементов (одним или более), помещаемым перед пропиткой сверхтвердого порошка металлическим связующим. В процессе пропитки указанные добавки образуют механически прочные карбиды, нитриды и бориды при воздействии на них с одной стороны сверхтвердого порошка, с другой - материала металлического связующего. Получаемые во время сложных химических превращений карбиды, нитриды и бориды составляют основу матрицы компакта, объединяющей сверхтвердый порошок в единое целое. Изменяя в направлении пропитки процент заполнения межзеренного пространства добавками тех или иных элементов, можно регулировать высоту пропитки, а следовательно, и объем заготовки.
П р и м е р 1. К алмазному порошку зернистостью 3-5 мкм добавляют порошок бора в объемном соотношении 7% от веса алмазного порошка. Дисперсность порошка бора 0,1 мкм. Указанную смесь тщательно перемешивают и помещают в камеру высокого давления и температуры. При давлении 40 кбар и температуре 1000-1200оС смесь попитывается сплавом медь-титан (55% по весу Ti). Полученный материал имеет твердость
HRA=94-97 ед и сж=500 кг/мм2.
П р и м е р 2. К порошку кубического нитрида бора ЛПМ 14 зернистостью 14 мкм добавляют порошок бора в объемном соотношении 12% от веса порошка кубического нитрида бора. Дисперсность порошка бора 1 мкм. При давлении 40 кбар и температуре 1400-1500оС смесь пропитывают сплавом Ni-Cr-Ti.Полученный материал имеет твердость HRA=93-95 ед и сж =450 кг/см2.
П р и м е р 3. К алмазному порошку зернистостью 5-7 мкм добавляют порошок титана в изменяющемся соотношении - от 1об% в месте контакта алмазного порошка с материалом пропитки (сплав Cu-Ti, 55 вес.% Ti) до 30 об.% с противоположной стороны. Дисперсность порошка титана 1 мкм. При давлении 40 кбар и температуре 1000-1200оС получается заготовка с диаметром 13 мм, высотой 12 мм, имеющая твердость HRA=94-97 ед и сж=500 кг/мм2.
П р и м е р 4. К порошку кубического нитрида бора ЛПМ 14 зернистостью 14 мкм добавляют мелкодисперсную смесь элементов никеля, хрома и титана в весовом соотношении между собой 1: 1:1 и в общем объемном соотношении с порошком кубического нитрида бора 8%. Дисперсность порошков Ni, Cr, Ti 0,5 мкм. При давлении 40 кбар и температуре 1400-1500оС тщательно перемешанная смесь пропитывается сплавом Ni-Cr-Ti. В результате получается материал с твердостью HRA=93-95 ед и сж =450 кг/мм2.
П р и м е р 5. К алмазному порошку зернистостью 200/160 мкм 70%, 80/63 мкм 20%, 5/3 пм 10% добавляют порошки бора и кремния в весовом соотношении 85% В и 15% Si. Дисперсность порошка бора и кремния 1 мкм. Мелкодисперсные порошки бора и кремния составляют 7% от объема алмазного порошка. Порошки алмаза, бора и кремния тщательно перемешивают и помещают в камеру высокого давления и температуры. При давлении 40 кбар и температуре 1200оС пропитывают сплавом Cu-Ti (55 по весу Ti). Полученный материал имеет твердость HRA=94-97 ед. и сж=500 мг/мм2.
Результаты анализа показывают, что в предложенном способе веществами, цементирующими сверхтвердый порошок в единое целое, являются карбиды, нитриды и бориды, обладающие высокой твердостью.
Таким образом, предложенный способ получения композиционного материала позволяет получать композиционные материалы, абразивная стойкость и прочностные свойства которых на 5-10% выше, чем по известному способу (см. авт. св. N 411724).
Предложенный способ прост в технологическом исполнении. Позволяет удешевить процесс, заменив часть сверхтвердого порошка на порошки металлов IV-VI групп (карбидо-, нитридо- или боридообразующих).
Предложенный способ позволяет получить компакты на основе мелкозернистого порошка сверхтвердых веществ (3-5 мкм) высотой на 15-20% выше, чем по известному способу.

Рисунки

Заявка

2823082/02, 17.09.1979

Институт физики высоких давлений АН СССР

Семерчан А. А, Кузин Н. Н, Балашова Л. С

МПК / Метки

МПК: B22F 3/14, B22F 3/26, C01B 31/06

Метки: сверхтвердого

Опубликовано: 15.09.1994

Код ссылки

<a href="https://patents.su/0-841174-sposob-polucheniya-sverkhtverdogo-materiala.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ получения сверхтвердого материала</a>

Похожие патенты