Способ получения сверхтвердых материалов

.8) 3141746 .64.етельств 1 В 31/О СССР 10.07.6 Я д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ(71) Институт физний АН СССР(прототип). Изобретение относится к области изготовления сверхтвердых материалов на основе алмаза, кубического нитрида бора, которые могут быть использованы для абразивной обработки твердых ихрупких 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 1400-2000 С,что вызывает технологические затруднения., Наиболее близким к заявляемому вляется способ получения сверхтверых материалов, по которому порошок алмаза подвергают воздействию давлат 06 С 01 В 31/06 С 01 В 21/06 254)(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 ющ и й с я 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- Св 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 вследст- вие неполной пропитки сверхтвердого компонента, так как расплавленная металлическая связка при взаимодействии со сверхтвердым компонентом теряет жидкотекучесть вследствие на-. углераживания, азотирования, нитрирования или других химических про50 цессов и закупоривает все поры сжатого под высоким давлением сверхтвердого компонента. Остаточная пористость возникающая при этомсильно снижает механические свойстваполучаемых компактных материалов.Цель изобретения - увеличениепрочности и износостойкости.сверхтвердых материалов. 10Поставленная цель достигается тем,что в способе получения сверхтвердого материала, который включает воздействие высокого давления при высокой температуре на слой порошка 15алмаза или кубического нитрида бора,расположенного в контакте со слоемметаллического связующего, процессведут при наложении ультразвуковогополя в диапазоне частот от О,1 до 201,0 мГц,Процесс ведут при наложении ультразвукового поля в диапазоне частотот 0,1 до 1,0 мГц.В качестве источника ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрические материалы, преобразующие энергию приложенного переменногоэлектрического тока в механическиеколебания, Для изготовления пьезоэлектрических преобразователей применяют различные материалы: кварц,сег- .нетова соль, керамические поликристаллы титановых солей и др.Цля эффективной пропитки длина 35волны звука должна .быть много меньше размеров получаемого образца:Ъ(а, где Ъ - длина волны звука;И - частота звукового поля; а - размеры получаемого образца; С - скоСрость звука. Так как Я = -- тоЪ фусловие( а дает ограничение нанижний предел частоты, При частотахвыше 1 мГц ультразвуковые волны будут сильно поглощаться, а следовательно, эффект от наложения звукового поля очень мал,Способ осуществляют следующимобразом.Металлическую связку помещают вграфитовый нагреватель, изготовленный в виде стакана, затем засыпаютпорошок алмаза, кубического нитридабора илн другого сверхтвердого компонента Зернистость порошка выбирают в зависимости от назначения получаемого компакта. Крупнозернистыепорошки годны для компактов, предназначенных для абразивной обработки; мелкозернистые " для обработки деталей резанием.Затем графитовый нагреватель помещают в камеру высокого давления иподвергают одновременному воздействию ультразвукового поля, высокого давления и высокой температуры.П р и м е р 1. Металлическую связ-.ку Сг-Бх, в соотношении 1:1 по весу,в количестве 2 г помещают в графитовый нагреватель. Затем засыпают алмазный порошок зернистостью 5 мкм вколичестве 2 г и подвергают воздействию ультразвукового поля частотой 1 мГц, мощностью 400 В, давления 25 кбар и температуры 1450 С,Полученный компактный материал обладает абразивной стойкостью30000 ед. при обработке круга изэлектрокорунда СТ 1,Компактный материал, полученныйописанным способом, но без применения ультразвукового поля, обладаетабразивной стойкостью 7600 ед.П в и м е р 2. Металлическую связку Ре - Сг, в соотношении 1:4 повесу, в количестве 1,5 г помещают вграфитовый нагреватель, затем засыпают порошок кубического нитрида бора зернистостью 5 мкм в количестве3 г и подвергают воздействию ультразвукового поля частотой 0,5 мГц имощностью 200 В, давления 20 кбари температуры 1550 С. Полученныйкомпактный материал обладает при резании стали ШХ, закаленной доНКС 60-62, стойкостью 30 мин.Компактный материал, полученныйописанным способом, но без применения ультразвукового поля, обладаетпри обработке резанием той же сталистойкостью 8 мин.П р и м е р 3. Металлическую связку Т - Сг, в соотношении 1;1 повесу, в количестве 2 г помещают вграфитовый нагреватель; Затем засыпают алмазный порошок зерностью7 мкм вколичестве 3 г и подвергаютдействию ультразвукового поля часто-.той 0,2 мГц и мощностью 140 В давления 20 кбар и температурой 1200 С,Полученный компактный материал обладает прочностью на сжатие450 кг/мм. Компактный материал, полученный описанным способом, но без применения ультразвукового поля,741539 6НРС 60-62, в 4 раза выше, чем прирезании сверхтвердым материалом, полученным по прототипу. Прочность насжатие сверхтвердого материала, полученного по предлагаемому способу,на 202 выше, чем прочность материала прототипа. Абразивная стойкостьпри обработке круга иэ электрокорунда СТК выше в 3 - 5 раз,.1 обладает прочностью на370 кг/ммф,сжатие Таким образом, данное изобретение позволяет получать сверхтвердые материалы, обладающие по сравнению спрототипом более высокой прочностью и износостойкостью: стойкость при резании стали ШХ, закаленной до" 10.Составитель М.ДмитриевРедактор,К.Кусова Техред М.Ходанич Корректор Т,Малец Заказ 4976 Тираж 663 Подписное Гс Ф ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5