Способ получения композиционного материала высокой твердости

(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБР Ия ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС.796.93, Бюл. М 22итут физики высоких давлений АН нский, Н.С, Каличкина и Преобраликовнт ФРГ77,нт Вели/04, 21.0СПОСОБОГО МСТИ прях из не Изобретение относится к производству материалов высокой твердости, а именно к производству композиционных материалов, содержащих алмаз, кубический нитрид бора, бор и их смеси, и может быть применено в приборах и инструментах с направленным механическим воздействием, отводом тепла и др,Целью изобретения является повышение анизотропии свойств композиционного материала и улучшение его механических свойств.Поставленная цель достигается тем, что материал со структурой алмаза используют в виде поликристаллов цилиндрической, призматической, пластинчатой форм и размещают их равномерно в порошке неалмазного материала слоями с одинаковой ориентацией каждого поликристалла в слое.Поликристаллическое строение материала со структурой алмаза обеспечивает более ппое 4 иод и жесткое 1 члм г. помоша.ю+ 2100188, кл. С 01 В 31/Окобритании М 1307713, кл2.73.ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИАТЕРИЯЛА ВЫСОКОИи высоких температурахалмазного порошкообраз Уб 81,1 б А 1 2ного материала, имеющего твердость более 1000 кг/мм или приобретающего твердость более 1000 кг/мм под действием высоких температур и давлений, и материала со структурой алмаза, объем которого больше объема неалмазного порошкообразного материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения анизотропии свойств и улучшения механических свойств, материал со структурой алмаза исйольэуют в виде поликристаллов цилиндрической, призматической, пластинчатой форм и размещают их равномерно в порошке неалмазного материала слоями, с одинаковой ориентацией каждого поликристалла в слое. ифсвязующих веществ) сцепление (срастанием, прорастанием) частиц упомянутого материала друг с другом, Применениеполикристаллов со структурой алмаза вместо алмазного порошка в композиционном Бматериале позволяет многократно сократить объем и протяженность прослоек связующего, сделать определяющими связиалмаз - алмазного типа и, как следствие,повысить механические свойства компози- фционного материала. Регулярная внешняягеометрия поликристаллов со структуройалмаза позволяет получать как наиболее же- СЬсткие во всех направлениях композиционные материалы, состоящие на 90,6 иаполикристаллов со структурой алмаза, так икомпозиционные материалы с анизотропией.свойств в одном избранном направлении, слое идр,П р и м е р 1. Исходную смесь объемомв 0,1 см готовят из четырех обьечов порошатй ЕЛОоааттб тя аяаттеааатятятт тю аеяяляял 1 оиттеа аашести объемов поликристаллического алмаза в форме цилиндров (поперечником 1 мм, длиной 2 - 3 мм), которые размещают линейно друг за друге, торец в торец направленными вдоль оси сжатия в 12 рядов с помощью вспомогательного кольца с отверстиями на расстояниях 1,5 и 2,5 мм от центра камеры сжатия. Загрузку смеси в камеру сжатия производят в следующем порядке: сначала загружают порошкообраэную компоненту слоем толщиной приблизительно Одвным половине длины алмазного цилинд рика, Затем на поверхность загруженного порошка накладывают кольцо с отверстиями и через отверстия делают в порошке гнезда для алмазных цилиндриков. Далее убирают кольцо, в гнезда устанавливают алмазные цилгиндры и производят досыпку порошка; вновь устанавливают вспомогательное кольцо и производят установку торец в торец с первым второго этажа алмазных цилиндров. Заполненную таким образом камеру подвергают действию давления 60 кбар и температуры 1800 С в течение 10 с. Полученный в результате процесса сг 1 екания композицйонный материал харак-.теризуется анизотропией теплопроводности (1 кал/см с град - в направлении рядов и 0,1 кал/см с град - . поперек рядов), жесткости (по качественной оценке) и прочности на сжатие (100 кгс/мм - в направлении2рядов и 25 кгс/мм - поперек рядов) при2одноосном сжатии.П р и м е р 2. Исходную смесь объемомв 0,1 см готовят из половины объема порошкообразного гексагонального нитрида бора, половины объема твердосплавного порошка марки Т 15 К 6 с зернистостью 3 - 5 мкм и девяти объемов поликристаллического алмаза в вид 2 е поиэматических тел (с основанием 2 мм, высотой .1,5 мм). Загрузку смеси в камеру производят в следующем порядке: сначала загружают порошкообраэную компоненту слоем толщиной 0,5 мм.Затем на поверхность загруженного порошка устанавливают монтажную звездочку, между лучами которой размещают алмазные призмы. Далее звездочку убирают, а зазоры(0,1 мм) между алмазными призмами заполняют порошкообразной компонент. ной смеси. Заполненную таким образом камеру подвергают действию давления 70 кбар и температуры 2000 С в течение 5 с.Полученный в результате фазового превращения гексагонального нитрида бора и спекания компонентов смеси композиционный материал характеризуется высокой жестко 10 15 20 сгью, а также прочностью на сжатие до 1000 кгс/мм (в условиях всесторонней поддержки) и абразивной стойкостью 250 мг/см (превосходящими средние значения соответствующих характеристик для природных алмазов на 5 - 10 и менее насыщенных алмазной компонентой композиционных ма- териалов).П р и м е р 3. Исходную смесь объемом в 0,1 смз готовят из трех объемов порошка бора и семи объемов поликристаллического кубического нитрида бора в форме пластин (площадью 10 мм 2, толщиной 1 мм). Загрузку смеси в камеру производят в следующем порядке; сначала загружают порошкообразную компоненту слоем толщиной 0,5 мм, поверх укладывают сплошным слоем секторные пластины из кубического нитридабора, на которые насыпают слой порошкообразной составляющей толщиной 0,2 мм,затем укладывают следующий слой пластин из кубического нитрида бора и следующийслой порошкообразной компоненты смеси.Снаряженную таким образом камеру под 25 вергают действию давления 60 кбар и температуры 1500 С в течение 10 секунд.Полученный, в результате процесса спекания, композиционный материал имеет форму пластины, характеризуется .30 пикнометрической плотностью 3,30 г/смзэффективно эксплуатируется в подшипниках скольжения, в подпятнике в паре с алмазной пятой при нагрузках до 40 кгс/мм,в широком диапазоне условий,35 Использование предлагаемого способаполучения композиционного материалаобеспечивает воэможность получения композиционных материалов высокой твердости с высокой величиной и заданной40 направленностью анизотропии свойств(теплопроводности, прочности, износостойкости), что особенно важно при использова-.нии материала в приборах и инструментах снаправленным механическим воздействи 45 ем, отводом тепла и др. (правящие инструменты, устройства высокого давления ит,п.); возможность получения композиционных материалов насыщенных до 90 фу и более высокотвердыми веществами со50 структурой алмаза, с более высокими механическими свойствами (абразивной стойко.стью 250 мг см, прочностью на сжатие до1000 кгсгмм (в условиях всесторонней поддержки),чем материалов по прототипу, име 55 ющих абразивную стойкость 50 мг/см ипрочность на сжатие (в условиях всесторонней поддержки) до 300 кгс/мм .2