Способ получения алмазного композиционного материала

/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ледователь-. тугоплавких рилин, и Е.В об поп1, отл тем, цто используют орошок дисперсностью и ч ИЯ АЛМАЗНОЛА, вклюо микропо/или тугоями кремния высокогообласти л и ц а юлма щиис ный мик 60 мкм.3, С 1, отл бор и/или дварительн аэного пол ала,особ по и я тем, ч металлы и угосмеш рисплавкиевают сталличе кого мате ла и наличия примеа орошка5 мас.Ф ов (хрокония),е давле С (т.е иа сока тери уры. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИчающий размещение алмазнорошка с 0,5-5 мас,Ф бораплавких металлов между сли последующее воздействиедавления при температурестабильности алмаза, о т Изобретение относится к области производства сверхтвердых материало на основе алмаза и может быть испол зовано при производстве бурового ин струмента. Известен способ получения алмаэн го ксмпозиционного материала, включающий смешение алмазного порошка с 20 мас,3 порошка алмазного компози ционного материала дисперсностью на один порядок меньше, чем дисперснос алмазного порошка, с последующей пр питкой металлами или сплавами при воздействии давления до 70 кбар при температуре в области стабильности алмаза остатком способа является невыэксплуатационная стойкость ма"а при бурении из-за низкой щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости мате" риала при бурении, предварительно ал мазный микропорошок смешивают с 20- 70 мас,3 порошка алмазного поликристаллического материала зольностью 0,5-20 мас.б и дисперсностью 10- 500 мкм,2, Спос а ю плотности материасей металлов и графита.Наиболее близким к предлагаемому является способ получения алмазного композиционного материала, включ ющий смешение алмазного микроп дисперсностью 1-14 мкм с 0,5- бора и/или тугоплавких металл ма, титана, вольфрама или цир размещение смеси между слоями кремния и последующее воздействи)ия 70-120 кбар при 1400-170 рбласть стабильности алмаза),Недостатком споссба является недостаточно высокая эксплуатационная стойкость материала при бурении гор ных пород, в частности скорость бу" рения, связанная с эаполировкой режущих кромок композиционного матер ла из-за однородности его структОелью изобретения является повыше"ние эксплуатационной стойкости материала при бурении,Поставленная цель достигается темчто предварительно алмазный микропорошок смешивают с 20-70 мас,4 порошка алмазного поликристаллического материала зольностью 0,5-20 мас,4 идисперсностью 10-500 мкм, Используют 10алмазный микропорошок дисперностью3-60 мкм и бор и/или тугоплавкие металлы смешивают с порошком алмазногополикристаллического материала,Смешивание алмазного микропорошкас указанным количеством порошка алмазного поликристаллического материа-ла при последующем спекании в условиях высоких давлений и температуробеспечивает разнообразную структуру 2(получаемого материала и самозатачивание режущей кромки при бурении горных пород, Предварительное смешениепорошка алмазного поликристаллического материала с бором и/или тугоплавкими металлами способствует равномерному распределению кремния по всему объему получаемого спека,При содержании в получаемом материале порошка алмазного поликристал- ЭОлического материала менее 20 мас.3его эксплуатационные свойства неулучшаются, а при содержании более70 мас.4 и зольности более 20 мас,3увеличивается пористость и уменьшается прочность спека, что снижаетего эксплуатационные свойства,При дисперсности порошка алмазного поликристаллического материала менее 10 мкм повышается заполировка режущих кромок поликристаллическогоматериала, а при дисперсности выше500 мкм снижается прочность материала из"за повышенной разнородностичастиц, что снижает эксплуатационныесвойства материала,При содержании бора и/или тугоплавких металлов в порошке алмазногополикристаллического материала менее05 мас.4 ухудшается равномерностьраспределения кремния в материале впроцессе спекания, а при содержанииболее 5 мас,Ф снижается теплостойкость материала.Алмазный поликристаллический материал в виде забракованных заготовок,а также их отходы, полученные придроблении и изготовлении шлифпорошков, измельчают до 10-500 мкм и проводят магнитную сепарацию материаладля удаления 8-12 мас/ металлическихпримесей; После этого полученный порошок обрабатывают при нагревании вхлористоводородной или нитратной кислоте и промывают при многократном ипячении в дистиллярованной воде в течение 0,5-1,5 ч для удаления графитасодержащегося на поверхности поли"кристалла, контактирующего с графитовым нагревателем, Очищенный порошокалмазного поликристаллического материала высушивают и прокаливают навоздухе при 200-400 С в течение 2040 мин для удаления летучих органических примесей,Подготовленный таким образом порошок алмазного поликристаллическогоматериала смешивают с 0,5-5 мас,1, бора и/или тугоплавкого металла, а затем смешивают с алмазным микропорошком дисперсностью 1-60 мкм и размещают между слоями кремния, взятого вколичестве 8"153 от массы смеси. Полученную заготовку помещают в графитовь 1 й нагреватель камеры высокогодавления и воздействуют давлениемпри температуре в области стабильности алмаза.П р и м е р 1, 35 мг порошка алмазного поликристаллического материала марки АРС (ГОСТ 9206-80) дисперсностью 10-500 мкм, очищенный от примесей, с зольностью 2 мас,Г смешивают с порошком бора дисперсностью менее 0,1 мкм, взятого в количестве0,5 мас,3. Затем полученную смесьсмешивают с 75 мг алмазного микропорошка (ГОСТ 9206-80) дисперсностью10-14 мкм и располагают между слоямикремния (8 мг) толщиной 0,7"0,8 мм,Полученную заготовку помещают вграфитовый нагреватель камеры высоко"го давления и спекают при 100 кбар и1600 С в течение 1,5 с. Получают алмазный композиционный материал в виде спека диаметром 3,8 мм, высотой3,7 мм и массой 0,6 карата, В составекомпозиционного материала обнаружены,мас.3: кремний 0,5, кальций 1,5 карбид кремния 11, карбид железа 2 икарбид бора следы, Плотность материала 3,51 г/смз, прочность на сжатие710 кг/ммзП р и м е р 2. 96 мг порошка алмазного поликристаллического материала марки АРВ дисперсностью 10-500 мкмс зольностью 20 мас.4 смешивают сПримечание У при- Наименование коммера понентов и их содержание, мас.4 Потеря,мас,4 вчас Количествобора или тугоплавких Иэносостоикост материа-, ла, мг металлов,ма с,4 1, АРС0 5 В07 АСИ 14/10 мкм 70 2 АРВ АСМ 7/5 мкм - 30 5 С" 09 56 3 АРВ и АРК - 50 АСМ 5/3 мкм - 50 АРВ и АРК " 50АСМ 5/3 мкм - 50 11,8 0,8е в5 АРВ и АРК - 50АСИ 5/3 мкм " 50 е мм6 АРВ и АРК - 50 1 смеси Т-ЧАСИ 5/3 мкм - 50 в соотн, 1:1 7 АРВ и АРК " 50 АСИ 5/3 мкм " 50 64,0 Порошок АРС (10 мин) не подвергался кислотнойобработке икипячению вводе 8 АРС " 50 АСМ 5/3 мкм - 50 8,0 9 по АСМ 1/О мкм про- АСИ 7/5 мкм тотипу АСИ 14/10 мкм 73,511, 7 (10 мин) 5 104,8 мг порошка хрома дисперсностью0,1 мкм, в смесь добавляют 24 мг алмазного микропорошка дисперностью 57 мкм при перемешивании и располагают между слоями кремния (10 мг) толщиной 0,9 мм,Полученную заготовку помещают вграфитовый нагреватель камеры высокого давления и спекают при 120 кбар и1700 С в течение 1 с, Получают алмазный композиционный материал в видеспека диаметром 3,2 мм, высотой. 3,6 мм и массой 0,66 карата, Плотность материала 3,53 г/смэ, процноствна сжатие 680 кг/мм 2,В таблице приведены износостойкость и термостойкость получаемогокомпозиционного материала по предло-.женному способу и по прототипу,Износостойкость определяли по методике ТУ 48-4202-18-78 при истира 53447 6нии образцов алмазного компоэицион"ного материала по блоку иэ 4 абразивных кругов из зеленого карбида кремния при следующих режимах испытаний:скорость вращения блока 190 об/мин,продольная подача 0,2 мм/об и давле"ние в контакте "образец-абразив" 1,52,0 кГс,1 О Износостойкость оценивали как потерю массы образца в мг за один циклиспытаний (5 проходов).Термостойкость образцов характеризовали потерей массы образцов в Ф15 при нагреве при 800 С на воздухе втечение 60 мин,Как видно из таблицы, материал,полученный по предлагаемому способу, 20 по износостойкости при бурении в 1012 раэ превышает износостойкость материала, полученного по прототипу, 1