Способ получения поликристаллического алмазного материала

,70.580,ии 01240526,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ордена Трудового Красногмени институт сверхтвердых маалов АН УССР и Ордена ТрудовоКрасного Знамени институт физкой химии АН СССР(54) Ь 7) 1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛИАЗНОГО МАТЕРИ" АЛА путем спекания алмазных частиц со связующим при температуре выше 1000 фС и давлении выше 35 кбар, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения, прочности поликристаллического материала, в качестве связующего используют алмазно-графитовое покрытие, предварительно нанесенное на алмазные частицы.2, Способ по и, 1, о т л и ч а" ю щ и й с я тем что спекание про")о водят при температуре 1200-1900 С и давлении 40-77 кбар.3, Способ по г 1. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что спеканив подвергают алмазные частицы с размером 0,1" 5 мкм с нанесенным .алмазно"графитовым покрытием толщиной 3-30 А.Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, в частности к методам изготовления компактных алмазных поликристаллических материалов, которые могут быть использованы для оснащения буровых инструментов, работающих в условиях динамических нагрузок, .леэвийного режущего иструмента и др.Известны способы получения поликристаллического алмазного материала, включающие спекание алмазных частиц при высоком давлении и температуре в области устойчивого состояния алмаза 1К недостаткам способов можно отнести повышенную хрупкость получаемых материалов.Известны также способы получения алмазных компактных материалов путем спекания при высоком давлении и температуре алмазных частиц с различными добавками, выполняющими роль связующего С 2 3.Известен также, способ 3 , по котороиу алмазный поликристаллический материал получают спекаиием алмазных частиц с добавками бора, титана, тантала, молибдена и других металлов или карбидов при температуре выше 1300 С и давлении 50 кбар, Однако отмечается низкая прочность получаемого материала, Это обусловлено тем, что алмаз снацала графити" зируют, потом в области стабильно" сти алмаза преобразуют пограничный слой графита между зернами в алмаз, что возможно только при наличии металла-катализатора (растворителя), так как на поверхности находится только графит. Рост .алмазного пере- шейка между зернами начинается со стороны алмазных зерен, алмазы слу жат подложкой.Взаимная несориентиРованиость подложек и присутствие металла приводят к появлению кристаллических дефектов, связка обладает пониженной прочностью.Цель изобретения - повышение прочности получаемого поликристалличес" кого материала. Это достигается тем, что спеканию подвергают отдельные алмазные частицы с эпитаксиально наращенным на их поверхности покры" тием, состоящим иэ алмазного и алмазно-графитового слоев.При проведении зпитаксиального наращивания Ълмаэов непосредствен-но на алмазную поверхность осажда" 59935 2ется углерод со структурой алмаза.Процесс протекает в метастабильныхусловиях, поэтому далее наряду спродолжающимся ростом алмаза будутвозникать и расти зародыши. графита.5мТаким образом создается переходныиалмазно-графитовый слой. Дальнейшее ведение процесса приведет к преимущественному росту графита, кото-рый термодинамически стабильнее, чем.алмаз. бсли графит в алмазно"графи"товом слое и в начале графитовогослоя имеет относительную ориентацию,то при последующем осаждении углеро"15 да ориентация теряется и начинаетобразовываться неалмазиый углеродсажа. Графитовый слой и сажа являются нежелательными для осуществле"ния спекаиия алмазных частиц, поэтомугопроцесс зпитаксиального наращиванияпрекращается после нанесения алмазно-графитового слоя Характерныйособенностью переходного алмаэнографитового слоя являетсято, что .25находящийся в немграфитлегче пере"ходит в,алмаз,ф чем просто графит,благодаря ориентирующему действиюповерхности эатравочных кристаллов,зо.Таким образом если взять алмазные,1частицы с нанесенным на них алмазно-графитовым покРытием и создатьусловия, соответствующие термодинамической устойчивости алмазовто графит перейдет в алмаз при параметрах процесса более низких чемэто следует из диаграммы состояния.углерода. Алмазно-графитовый слойсо структурой алмаза и графита привысоких давлениях и температурах40заполняет, пространство между алмаз"ными частицами (небольшие участкиграфита позволяют кристаллам, сколь"эить относительно друг друга) и,перейдя в структуру алмаза, позволяет создать материал-связку с равномерными по обьему свойствами. При этомдостигается меньшая дефектность ибольшая прочность связи и прочностьсамого материала Порошки алмаза5 О с зпитаксиально наращенным на ихповерхность покрытием могут спекаться в устройстве высокого давленияи температуры любого типа, способом обеспечить получение необходимыхдавления и температуры.П р и м е р. Исходный порошок ал"маза зернистостью 1/0 икм с зпитаксиальйо нанесенным алмазно графито"3 549935 4вым покрытием толщиной 1 О А: помещают элемент в виде цилиндра с диаметром внутрь трубчатого графитового. нагре- . 3,5 мм и высотой 4 мм, вес которователя с размерами: 7 мм - наружный го составляет около 0,5 карат. Пре, диаметр; 4 мм - внутренний диаметр; дел прочности получаемого материала 4 мм " высота; и закрывают с двух сто" на сжатие 590 кгс/мм, что превыаарон графитоаыми дисками. Реакцион- . ет прочность материала, полученного ,ный сосуд подвергают действию давле- известным способом, в 1,4 раза.ния 77 кбар и температуры 1600 С с вы" Кроме того, способ повыаает плас" держкой при этих. условиях в течение тичность материала, его термостой мин, после чего понижают темпера.- 1 о кость и позволяет использовать истуру и. давление. В результате полу- ходные алмазные частицы практенесчают поликристаллический алмазный. ки любых размеров, 1 Редактор О.Юркова Техред,Ф.нетелева Корректор;А.ПовхВ фа МЗаказ 6544/3 Тираж Щ . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам. изобретений и открытий.113035, Иосква, Ж"35, Рауаская наб,; д. МФфе Ъв ееавееамчфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4