close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10863

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 01B 31/00
C 01B 21/00
B 01J 3/06
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО
СВЕРХТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АЛМАЗА,
КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА И УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО АЛМАЗА
(21) Номер заявки: a 20061072
(22) 2006.10.31
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Автор: Старченко Игорь Михайлович (BY)
BY 10863 C1 2008.06.30
BY (11) 10863
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) BY 7925 C1, 2006.
BY 508 U, 2002.
BY 461 U, 2002.
BY 531 U, 2002.
EA 006011 B1, 2005.
BY 4122 C1, 2001.
BY 6645 C1, 2004.
RU 2166425 C1, 2001.
(57)
Шихта для получения поликристаллического композиционного сверхтвердого материала, включающая графит, графитоподобный нитрид бора и бор, отличающаяся тем,
что дополнительно содержит ультрадисперсный алмаз при следующем соотношении компонентов, мас. %:
графит
5–90
графитоподобный нитрид бора
5–90
бор
1–8
ультрадисперсный алмаз
0,1–30,0.
Изобретение относится к технологии получения поликристаллических композиционных сверхтвердых материалов (ПКСТМ) и может быть использовано для изготовления
поликристаллов с повышенной стойкостью к износу для элементов сверхтвердого инструмента.
Известные способы получения ПКСТМ на основе сверхтвердых модификаций нитрида бора и углерода основаны на воздействии на шихту высокими давлениями и температурой в области стабильности их сверхтвердых фаз.
В качестве исходной шихты при этом может быть использован графитоподобный нитрид бора либо графит [1], расположенные в контакте с катализатором, который понижает
параметры синтеза сверхтвердых компонентов ПКСТМ, например температуру, давление
или время синтеза.
В качестве катализаторов синтеза для алмаза используются переходные металлы восьмой группы периодической системы, а также хром, марганец, тантал; важными катализа-
BY 10863 C1 2008.06.30
торами-растворителями являются сплавы никеля с железом и никеля с марганцем. Для кубического нитрида бора - щелочные и щелочно-земельные металлы и их нитриды, а также
фториды и гидриды.
Катализаторы, которые остаются в поликристалле, снижают его физические и эксплуатационные свойства, например термо- и абразивную стойкость.
Известно [2], что повысить микротвердость и прочность на сжатие поликристаллов
можно введением неметаллической добавки - бора. Однако зерна в поликристаллах в этом
случае были связаны недостаточно прочно, что обусловливало относительно низкую абразивную стойкость.
В патенте [3] эти недостатки преодолеваются введением в шихту дополнительно графитоподобного нитрида бора и алюминия и/или нитрида алюминия.
Термобарическая обработка приводит к совместному превращению углерода и нитрида бора в плотные модификации, при этом зерна алмаза прочно скреплены зернами кубического нитрида бора. На границах зерен происходит образование карбида бора, нитрида
и боридов алюминия.
Графитоподобный нитрид бора взаимодействует с алюминием с образованием нитрида алюминия, а бор взаимодействует с графитом с образованием карбида бора. Образующиеся нитрид алюминия и карбид бора инициируют превращение графитоподобного нитрида бора в кубический и графита в алмаз, что приводит к образованию ПКСТМ.
Термобарическая обработка приводит к совместному превращению углерода и нитрида
бора в плотные модификации, при этом зерна алмаза прочно скреплены зернами кубического нитрида бора.
Для изготовления качественных ПКСТМ обычно используют различные методы спекания порошков СТМ с зернами различного размера и цементирующими и пластифицирующими добавками в качестве связующего. ПКСТМ получают объемным сочетанием
компонентов, один из которых пластичен (связующее), а другой обладает высокой прочностью, твердостью, стойкостью против абразивного изнашивания и жесткостью (наполнитель). Необходимые инструментальные свойства обеспечиваются высокодисперсной
структурой связующего. Существует принципиальная необходимость сохранить в синтезируемом материале ультратонкую структуру в межзеренной области, выполняющей роль
цементирующей и пластифицирующей связки.
Шихта для получения ПКСТМ [3] по своей сущности наиболее близка к предлагаемому изобретению и выбрана в качестве прототипа. Общим существенным признаком прототипа и заявляемого объекта является присутствие в шихте графита, графитоподобного
нитрида бора и бора.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение абразивной стойкости ПКСТМ за счет сохранения в материале ультратонкой структуры, выполняющей
роль цементирующей и пластифицирующей связки.
Поставленная задача решается тем, что шихта для получения поликристаллического
композиционного сверхтвердого материала на основе алмаза и кубического нитрида бора,
включающая графит, графитоподобный нитрид бора и бор, дополнительно содержит
ультрадисперсный алмаз (УДА) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
графит
5-90
графитоподобный нитрид бора
5-90
бор
1-8
ультрадисперсный алмаз
0,1-30,0.
Сопоставительный анализ нового решения с прототипом показывает, что заявляемая
шихта отличается от известной тем, что содержит дополнительно ультрадисперсный
алмаз. Таким образом, заявляемая шихта соответствует критерию изобретения "новизна".
Известно [4-6], что кристаллы УДА, вводимые в шихту, служат идеальными критическими зародышами роста как отдельно, для синтеза алмаза и кубического нитрида бора,
а также их же, как составляющих ПКСТМ.
2
BY 10863 C1 2008.06.30
Ультрадисперсный алмаз, оставаясь в ПКСТМ, являясь сверхтвердым материалом,
служит цементирующей и пластифицирующей связкой для кристаллов алмаза и кубического нитрида бора.
Присутствие в шихте комплекса веществ, обладающих высокой каталитической активностью, способствует полному превращению исходных неплотных материалов в плотные фазы и формированию мелкозернистой структуры получаемого поликристалла. Введение в шихту бора в количестве, меньшем 1 мас. %, и ультрадисперсного алмаза,
меньшем 0,1 мас. %, не обеспечивает необходимого каталитического действия, в результате чего в поликристалле остается некоторое количество графита и гексагонального нитрида бора, снижающих его прочностные свойства.
Большое количество добавок, превышающее 30 мас. %, также приводит к снижению
прочности композита из-за снижения доли основного функционального материала.
При содержании в шихте графита в количестве, меньшем 5 мас. %, падает износостойкость поликристалла, при содержании нитрида бора в количестве, меньшем 5 мас. %,
уменьшается его работоспособность из-за уменьшения термостойкости материала.
Композит из распределенных зерен алмаза и кубического нитрида бора, связанных
цементирующей и пластифицирующей связкой из ультрадисперсного алмаза, с распределенным в ней карбидом бора, обладает высокой прочностью, износостойкостью и обеспечивает свойство самозатачиваемости.
Последнее осуществляется за счет присутствия в составе композиционного материала
твердых и сверхтвердых составляющих с различной термостойкостью, теплопроводностью, твердостью и абразивностью: алмаза, кубического нитрида бора, УДА и карбида бора. Присутствие нескольких фаз с различающимися твердостью и износостойкостью приводит к тому, что более крупные зерна алмаза и несколько уступающие им по твердости
зерна кубического нитрида бора постепенно обнажаются из поликристалла, обеспечивая
его высокую работоспособность. Карбид бора, распределенный в цементирующей и пластифицирующей связке из УДА, является высокотвердым и тугоплавким материалом и не
приводит к потере механических свойств поликристалла.
Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".
Использование предлагаемой шихты для получения поликристаллического материала
"алмаз-кубический нитрид бора-УДА" из графита и графитоподобного нитрида бора с использованием цементирующей и пластифицирующей связки из УДА осуществляется следующим образом.
Из порошков графита, аморфного бора, графитоподобного нитрида бора и УДА приготавливается смесь с заданным соотношением компонентов и тщательно перемешивается. Из приготовленной смеси прессуются таблетки, которые подвергаются термобарической обработке в области стабильности плотных модификаций (алмаза и кубического
нитрида бора).
Примеры получения поликристаллического материала "алмаз-кубический нитрид бора-УДА" из предлагаемой шихты.
Пример.
Исходная шихта приготавливалась в виде гомогенной смеси графита, аморфного бора,
графитоподобного нитрида бора и УДА при следующем соотношении компонентов,
мас. %:
графит
40,0
аморфный бор
5,0
графитоподобный нитрид бора
45,0
ультрадисперсный алмаз
10,0.
Использовались порошки УДА высокой степени очистки с размером частиц 4-10 нм,
удельной площадью поверхности 300 ± 50 м2/г и содержанием несгораемого остатка до
2 мас. % (УДА-ГО ТУ080-167-21-90).
3
BY 10863 C1 2008.06.30
В качестве исходных материалов использовались:
1. Графит марки ГС-2;
2. Аморфный бор;
3. Гексагональный нитрид бора (ТУ 2036-1045-88);
4. Порошок УДА-ГО производства НПО "Синта" (ТУ080-167-21-90).
Для получения гомогенной смеси компоненты шихты перемешивали в вибромельнице. Из полученной шихты прессовались таблетки, которые затем помещались в цилиндрические нагреватели из смеси графита с нитридом бора, а затем в контейнеры высокого
давления типа "наковальня с лункой". Сборка подвергалась воздействию высоких давления и температуры в области стабильности плотных фаз углерода и нитрида бора на прессовой установке ДО 138А.
Рентгеновский фазовый анализ показал, что образцы содержат алмаз, кубический нитрид бора, УДА и карбид бора.
Предел прочности на сжатие поликристаллов оказался равным 3,5 ГПа.
Стойкость к абразивному износу составила 0,004 мм/км.
Результаты испытаний поликристаллических композиционных сверхтвердых материалов, полученных из предлагаемой шихты, сведены в таблицу.
Результаты проведенных испытаний показывают, что материал, полученный из заявленной шихты, обеспечивает более высокую абразивную стойкость ПКСТМ при сравнимой прочности на сжатие с материалом, полученным из шихты прототипа.
Состав шихты и свойства поликристаллического композиционного
сверхтвердого материала
Состав шихты, мас. %
Свойства
Прочность
Абразивная
№ п/п
Ультрадисперсный
Графит Бор
Нитрид бора
на сжатие, стойкость,
алмаз
ГПа
мкм/км
1
6
1
92
1
2,0
370
2
91
2
5
2
2,1
350
3
48
0,5
48
3,5
2,2
280
4
44,9
7
48,05
0,05
2,3
320
5
4
1
94,0
1
2,7
300
6
94,0
1
4
1
2,3
250
7
31
3
31
35
2,5
260
8
47,5
1
47,5
4
3,2
12
9
40,0
5
45,0
10
3,5
4
10
41
8
41
10
3,2
5
11
42
6
42
10
3,5
6
прототип
46,5
2
46,5
5А1
3,6
5
Источники информации:
1. Патент США 4150098, НКИ 75-238, 1981.
2. Мазуренко A.M., Гатальский Г.В., Ракицкий Э.Б. и др. Алмазообразование и взаимодействие в системе углерод-бор при высоких давлении и температуре // Неорганические материалы. - 1995. - Т. 31. - № 1. - С. 51-54.
3. Патент РБ № 7925, 2006.04.30.
4. Патент РБ № 461, 2002.03.30.
5. Патент РБ № 531, 2002.06.30.
6. Патент РБ № 508, 2002.03.30.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
93 Кб
Теги
by10863, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа