Способ получения поликристаллического алмазсодержащего материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 961281 А 1(51)5 С О 1 В 31/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ь 4)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗСОДЕРИАЦЕГО МАТЕРИАЛА, включающий размещение слояпрокаленного порошка алмаза междуслоями порошка кремния и последующеспекание при 1400-1700 С и высокомдавлении, о т л и ц а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения износостойкости материала, предварительнопорошок алмаза смешивают с 0,55 мас,3 добавки из группы: бор, хромарганец, титан, металл группы желза или сплав на их основе и воздействуют при спекании давлением 70120 кбар,ледоват тугопла вовцин,Н.М.Ки"еков л, 423 аботе горных пород,Наиболее близким является способполучения поликристаллического алмазосодержащего материала, включающийразмещение прокаленного алмазногопорошка между слоями порошка кремнияи последующее спекание при давлении35-55 кбар и температуре 1400-1700 С,Недостатком указанного способаявляется невысокая износостойкостьматериала из-за частичной графитизации алмазных зерен при спекании вуказаннсм интервале давлений,Целью изобретения является повышение износостойкости поликристаллического алмазосодержащего материала.Поставленная цель достигается тем,цто смешивают прокаленный алмазныйпорошок с 0,5-5 мас,4 добавки из тся поескихносостой- атериала ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исский и проектный институтких металлов и твердых сп(56) Патент СИА У 3819814446, 1974.Патент СЫА Г 415168кл, В 24 В 3/04, 1979. Изобретение относится к производству синтетических сверхтвердых материалов на основе алмаза, которые могут быть использованы для оснащения буровых коронок и других инструментов, работающих в тяжелых условиях абразивного износаИзвестен способ получения поликристаллического алмазосодержащего материала, включающий смешение алмазного порошка с одной или несколькими добавками, выбранными из группы: кремний, хром, титан, железо, никель, кобальт, бор и др., взятых в количестве 6-50 мас,4 с последующим спеканием смеси при 1400;-.3400 С и давлении30-100 кбар.Недостатком способа являевышенное содержание металличпримесей, которые снижают изкость поликристаллического м условиях абразивного изва, например при бурениигруппы; бор, хром, марганец, титан, металл группы железа или сплав на их основе, размещают между слоями порошка кремния и воздействуют при спе кании давлением 70-120 кбар при 1400- 1700 С.При высоких давлениях кремний вызывает появление трещин на алмазных зернах, что снижает качество получае О мого материала, Введение указанных добавок предохраняет алмазные зерна от разрушающего действия кремния и тем самым повышает износостойкость материала,. 15При содержании добавок менее 0,5 мас.4 снижается прочность материала,. а при содержании добавок выше 5 мас,Ф снижается его износостойкость. Спекание шихты на основе ал- щ 0 мазного порошка при 1400-1700 С и давлениях ниже 70 кбар приводит к частичной графитизации алмазных частиц в материале, что обуславливает снижение износостойкости. При спека нии шихты в области давлений выше 120 кбар износостойкость материала не увеличивается и процесс становится экономически невыгодным из-за по вышенного расхода твердого сплава 30 на спекание.В связи:с различным объемом пор в алмазосодержащем материале в зависимости от гранулометрического состава алмазов количество исходного кремния в слоях заведомо берется с избытком (8-154 от массы шихты), чтобы гарантировать при спекании пропитку всей массы материала, При смешении с алма" эами кремний препятствует спеканию алмазных частиц.П р и м е р 1, Алмазные порошки с размером зерен 3-14 мкм прокаливают на воздухе при 1000 С в течение 1 О мин для удаления влаги, летучих 45 органических примесей и активации поверхности, Прокаленные алмазные порошки смешивают с порошком хрома (зернистостью менее 1 мкм), взятого в количестве 0,5 мас.3 алмазов, По" 6 лученную шихту помещают между слоями порошка кремния в трубчатом нагревателе камеры высокого давления, Смесь спекают при 1400 С и давлении 120 кбар в течение 3,5 с.Полученный спек отделяют от нагре вателя и избыточного количества кремния механическим методом, Поликристаллический алмазный материал пред" ставляет собой "скелет" из сросшихся алмазных зерен со связью алмаз-алмаз, пространство между которыми заполнено карбидом кремния, кремнием, карби" дами и силицидами.хрома и других металлов, присутствующих в качестве примесей в алмазных порошках.Состав материала, мас.3:Кремний и карбид кремния 10Металлы и их карбиры исилициды 1,6,Алмаз ОстальноеПрочность поликристаллического алмазосодержащего материала на сжатие, определенная по методике ГОСТ 9206-80 составляла 600 кг/мм 2, микротвердость - 9500 кг/мм 2, При бурении горных пород инструментом, оснащенным полученным материалом пробурено 1,07 м, при норме по ГОСТ 9206-80- 1 м.Пример 2, Также, каки в примере 1 приготавливают шихту с содержанием 5 мас,4 хрома, Смесь спекают при 1700 С и 70 кбар эа 1,5 с, Состав материала, мас.3:Кремний и карбид кремния 9Металлы и их карбиды исилициды 6,1Алмаз ОстальноеПрочность материала на сжатие 950 кг/мм 2, микротвердость 8300 кг/мм 2, Коронкой из полученного материала пробурено 1,6 м скважины.П р и м е р 3. Так же, как и в примере 1, приготавливают шихту с содержанием сплава СНГМ (хром 16-183, бор 2,5-33, железо до 2,54, кремний 3,5-44, углерод 0,74 и никель - остальное) в количестве 24 от массы ал" маэного порошка, Смесь спекают при 1550 С и 90 кбар в течение 1 с, Буровой коронкой пробурено 2,23 м скважины.П р и м е р 4. По примеру 1 приготавливают шихту с 2,54 кобальта, размером частиц до 1 мкм, Смесь спекают при 1700 С и 100 кбар за 3,5 с, Буровой коронкой пробурено 2 м скважины.фП р и м е р 5. По примеру 1 приготавливают смесь с содержанием 2,5 мас.3 бора зернистостью О,1- 0,5 мкм. Смесь спекают при 1500 С и 80 кбар эа 2 с, Буровой коронкой пробурено 1,95 м скважины.П р и м е р 6. По примеру 1 приготавливают смесь алмазов с 3 мас,Ф961281 Таблица Время испытаниямин Износ образца Способ иэготовле- Давление нания образца образец,кг/смеювпюВЕ ЮЮюттет мг ммэ Предлагаемый= 90 кбар 4,5-6,0 4,5-6,0 0,337 11,0 10 Прототип Из твердого спла- .ва ВК 6 824 55,0 2, 0-3. 0 СоставительРедактор О.филиппова Техред И,Иоргентал Корректор С Юско Заказ 2827 Тираж 4.02 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, И, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 5марганца, пихту спекают при 80 кбари 1600 С эа 2 с, Буровой коронкойпробурено 1,8 м скважины,П р и м е р 7. По примеру 1 приготавливают смесь алмазов с 4 мас.Фтитана. Шихту спекают при 90 кбар и1600 С в течение 1,5 с . Буровой коронкой пробурено 1,85 м скважины.В таблице приведены сравнительные щиспытания полученного композиционного материала по предложенному способу (йример 1) и по прототипу. Испытания проводились по методике ТУ 4819-224-80 путем истирания образцов 1по блоку абразивных кру 1-ов из зеленого карбида кремния,Режимы испытаний:Скорость вращения абразивногоблока - 190 об/мин,Удельное давление на образец "45"6,0 кг/смэ.Величина продольной подачи за1 оборот - 0,2 мм.Время испытания - 1 О мин,Как следует из таблицы, материал,полученный по предлагаемому способупо износостойкости более, чем в30 раз превосходит известный. Благодаря высокой износостойкости материа"ла возможно его использовать при бурении абразивных и других крепких ьо"род.