Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia polikrysztalów azoitku boru na drodze prasowa¬ nia mieszaniny zawierajacej jako jeden ze skladni¬ ków wysoko zdefektowany azotek boiru o struktu¬ rze wurcytu, otrzymany za pomoca fali wybucho¬ wej.Dotychczas znany sposób otrzymywania mate-, rialu o bardzo wysokiej twardosci, takiego jak re¬ gularny azotek boru, polega na tym, ze w warun¬ kach bardzo wysokich cisnien (okolo 40 kiloba-, rów) i wysokich temperatur (okolo 10OO°C) azotek boru o strukturze grafitu przeksztalca sie w- od¬ miane regularna. Proces przemiany fazowej wyj¬ sciowego azotku boru prowadzi sie. w obecnosci katalizatorów nalezacych do grupy metali alkalicz¬ nych i metali ziem alkalicznych (opis patent Stan. Zjedn. Am. nr 2 947 6117). Material ten- otrzy¬ muje sie w postaci oddzielnych monokrysztalów charakteryzujacych sie twardoscia w skali Mohsa okolo 10, wysoka wytrzymaloscia cieplna (tempe¬ ratura przemiany w azotek boru o odmianie gra¬ fitu pod zmniejszonym cisnieniem wynosi okolo 150i0—li80i0oC), a ponadto otrzymany material od¬ znacza sie brakiem chemicznego powinowactwa do zelaza. Wszystkie te wlasciwosci sa nadzwyczaj cenne przy wykorzystywaniu mateóalu, otrzyma¬ nego wyzej opisanym sposobem, dla celów obróbki metali. Jednak wymiary otrzymywanych mono¬ krysztalów nie przekraczaja 20i0—3Q0 ^ra i dla¬ tego zinalazly one zastosowanie w narzedziach szli- fierskich, lecz praktycznie nie wykorzystuje sie ich w nairzedziach wykonanych z pojedynczych krysztalów,, co ogranicza zakres stosowania regu¬ larnego azotku boru i nie zezwala na pelne wy¬ korzystanie i zalet tego' materialu. Znane sa takze sposoby wytwarzania zwartych polikrystalicznych materialów z 'azotku boru o strukturze grafitu w obecnosci niewielkich ilosci metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, azotków tych metali, a takze azotków, borków i weglików metali przej¬ sciowych.Proces przemiany fazowej heksagonalnego azot¬ ku boru o strukturze grafitu w jego odmiane re¬ gularna prowadzi sie w tym wypadku z zastoso¬ waniem bardzo wysokich cisnien powyzej 55 kbar i w wysokiej temperaturze powyzej li5/00°C.• Polikrysztaly regularnego azotku boru, wytwa¬ rzane wyzej podanym sposobem charakterkuja sie wysoka twardoscia i moga byc efektywnie wy¬ korzystane przy obróbce stali i zeliw. Jednak w warunkach obciazen udarowych, tnaca krawedz nozy, wykonanych z takiego materialu, z reguly, odluipuje sie z powodu niskiej plastycznosci poli¬ krysztalów regularnego azotku boru. Ponadto, zna¬ ny jest sposób wytwarzania (regularnego azotku, boru metoda prasowania mieszaniny azotku boru o strukturze podobnej do wurcytu, otrzymanego za < pomoca fali wybuchowej, i regularnego azotku bo¬ ru, obrobionego za pomoca fali wybuchowej. Pra¬ sowanie prowadzi sie pod cisnieniem powyzej 50 9863798637 3 4 ktaar, a nastepujace po nim spiekanie w tempe¬ raturze powyzej 1200°C (zgloszenie patentowe Re¬ publiki Federalnej Niemiec nr 2 235 240).Polikrysztaly wytworzone tyim sposobem, mozna efektywnie wykorzystywac w narzedziu skrawaja¬ cym do obróbki hartowanych stali i zeliw, jed¬ nakze nie zawsze wytrzymuja one obciazenie uda¬ rowe, gdyz posiadaja dosc wysoka twardosc i nie¬ dostateczna ciagliwosc. Oprócz tego;, aby otrzymac te krysztaly, niezbedne jest wczesniejsze wytwo¬ rzenie proszku regularnego azotku boiru, z które¬ go przygotowuje sie wyjsciowa mieszanine, co komplikuje technologie procesu wytwarzania.Celem niniejszego wynalazku jest wyeliminowa¬ nie omówionych wad. W tym celu nalezy rozwia¬ zac zagadnienie opracowania takiego sposobu wy¬ twarzania polikrysztalów azotku boru, w którym otrzymuje sie polikrysztaly azotku boru o struk¬ turze wurcytu, dzieki czemu przy uproszczonej technologii procesu byloby mozliwe otrzymanie bardziej ciagliwych polikrysztalów, nadajacych sie do obróbki hartowanych stali i zeliw w warun¬ kach obciazen udarowych. Cel ten osiaga sie w sposobie wedlug wynalazku przez wytwarzanie po¬ likrysztalów azotku boru na drodze prasowania mieszaniny zawierajacej jako jeden ze skladników wysoko zdefektowany azotek boru o strukturze Wurcytu, otrzymany za pomoca fali wybuchowej, przy czym stosuje sie mieszanine, która oprócz azotku boru o strukturze wurcytu zawiera do 50°/o wagowych azotku boiru o strukturze grafitu, pod¬ danego dzialaniu fali wybuchowej. Mieszanine te poddaje sie dzialaniu cisnienia od okolo 50 do 300 kbarów i temperatury od okolo 70O°C do okolo 3000°C, to znaczy prasuje sie i ogrzewa w wa¬ runkach cisnienia i temperatury mieszczacych sie w zakresie, wyznaczonym na wykresie fazowym stanów azotku boru przez krzywa równowagi azo¬ tek boru o strukturze grafitu — 'zwarte odmiany azotku boru i krzywa równowagi regularny azo¬ tek beru — azotek boru o strukturze wurcytu, o- trzyimujac polikrysztaly azotku boru posiadajace strukture podobna do wurcytu i regularnego azot¬ ku beru.Polikrysztaly azotku boru, otrzymywane sposo¬ bem wedlug wynalazku sa zwarte (porowatosc 2— %), wykazuja zmierzpna piknometrycziriie gestosc 3,215-^3,38 g/cm8 i mikrotwardosc zawarta w za¬ kresie 4000^-6000 kG/mm2, podczas gdy polikrysz¬ taly regularnego azotku boru wykazuja mikro¬ twardosc 70OOi—8000* kG/mm2. Otrzymany material ma Wieksza ciagliwoisc anizeli polikrysztaly regu¬ larnego azotku boiru i narzedzia wyJtworzone z te¬ go zwartego polikrystalicznego materialu mozna dlugotrwale eksploatowac w warunkach obciazen Udarowych podczas obróbki hartowanych stali i zeliw. Oprócz tego w sposobie wedlug wynalazku korzystne jest izolowanie wspomnianej mieszaniny od bezposredniego zetkniecia z materialem osrod¬ ka przenoszacego cisnienie.Wyzej podany sposób umozliwia otrzymywanie polikrysztalów azotku boru, korzystnie o struktu¬ rze wurcytu, dzieki zapobiezeniu mozliwosci prze¬ nikania domieszek inicjujacych powstawanie za¬ rodków krystalizacji regularnego azotku boru. Dal¬ sze zalety sposobu wedlug wynalazku sa uwidocz¬ nione w podanym nizej szczególowym omówieniu sposobu wytwarzania polikrysztalów azotków bo¬ ru, w przedstawionym na rysunku wykresie fazo¬ wych stanów azotku boru (Wykrest Bandy-Wentor- fa) i w przykladach wykonania sposobu wedlug wynalazku.W sposobie wedlug wynalazku jako material wyjsciowy stosowanlo mieszanine, zawierajaca azo¬ tek boru o strukturze wurcytu, otrzymany z hek¬ sagonalnego azotku boru o strukturze grafitu pod dzialaniem fali wybuchowej o cisnieniu 100—200 kbair, oraz azotek boru o. strukturze grafitu, pod¬ dany analogicznej obróbce, jednak nie przeksztal¬ cony w odmiane zwarta.Azotek boru o strukturze wurcytu stosowany w sposobie, charakteryzuje sie duza defektywnoscia i dyspersja, a mianowicie: fizyczna szerokosc linii na rentgeinogiramie w plaszczyznie 1/10, dla pro¬ mieniowania miedziowego, wynosi okolo 1,7 . 10~2 radiana, temperatura ponownego przejscia w azo¬ tek boru o strukturze grafitu wynosi okolo 600°C, powierzchnia wlasciwa wynosi nie mniej niz 20 m2/g, piknometrycznie zmierzona gestosc zawiera sie w zakresie 3j1i0^3,38 g/cm8, wspólczynnik za¬ lamania swiatla czerwonej barwy wynosi niewie¬ le mniej niz 2/10.Azotek boru o strukturze podobnej do grafitu, pod dzialaniem fali wybuchowej, takze uzyskuje strukture wyisoko zdefektowana "i staje sie bardziej dyspersyjny (fizyczna szerokosc linii na rentgeno- gramie w plaszczyznie 110 dla promieniowania miedziowego wynosi okolo 1,2 . 10-3 radiana, pik¬ nometrycznie zmierzena gestosc 1,92 — 2,35 g/cm3, a powierzchnia wlasciwa 10 — 20 m2/g).W sposobie wedlug wynalazku, korzystne jest stosowanie wyjsciowej mieszaniny, zawierajacej mniej niz 50% wagowych azotku boru o struk¬ turze grafitu 'poddanego dzialaniu fali wybucho¬ wej, co pozwala otrzymywac wytrzymale polikry¬ sztaly o duzej odpornosci na scieranie, przy czym praktycznie nastepuje pelne przeksztalcenie azot¬ ku boru o strukturze grafitu, w odmiane podobna do wurcytu, lub regularna. Stosowanie podanych wyzej ilosci azotku boru o strukturze grafitu jest ekonomicznie korzystne, a oprócz tego, rozwiazuje zagadnienie technologiczne, zwiazane ze zmniej¬ szeniem zuzywania sie narzedzi do prasowania pod wplywem scierania i zmniejszeniem sklonnosci dó zakleszczania sie przy prasowaniu wyjsciowej mie¬ szaniny, w porównaniu z prasowaniem regularne¬ go azotku boru i jego odmiany podobnej do wur¬ cytu, a wydajnosc procesu rosnie t.j. przy za¬ stosowaniu azotku boru o strukturze grafittu upra¬ szcza sie proces technologiczny.Podana wyzej mieszanine, skladajaca sie z azot¬ ku boru o strukturze wurcytu i azotku boru o strukturze grafitu, laduje sie do pojemnika wy¬ sokiego cisnienia, wyposazonego w grafitowa na¬ grzewnice i poddaje sie scinaniu — prasowaniu i spiekaniu.Poniewaz w wyjsciowej mieszaninie znajduje sie azotek boru o strukturze wurcytu, prasowanie i spiekanie w sposobie wedlug wynalazku prowadzi sie w zakresie terrmodynamicznej wytrzymalosci 40 45 50 55 605 zwartych odmian azotku boru w celu unikniecia powrotnego przejscia tych odmian w strukture podobna do grafitu i zmniejszenia jego wlasciwos¬ ci sciernych. Dolna granice tego zakresu stanowi krzywa (1) (równowagi zwarte odmiany azotku bo- 5 ru — heksagonalnografitopodobny azotek boru, po¬ dana na wykresie Bandy. — Wentorfa.W^celu otrzymania poLikrysztalków azotków gló¬ wnie o strukturze wurcytu, spiekanie nalezy pro¬ wadzic ponizej krzywej (2) równowagi azotek bo- 10 ru o strukturze wurcytu — regulairny azotek bo¬ ru, podanej na tymze wykresie.Utrzymujac przedzial tem/pera/tury 70Q—30;00°C, zgodnie z tym wykresem i na drodze ekstrapola¬ cji odpowiednich krzywych 1. i 2, mozna okreslic 15 niezbedny zakres cisnien, który w spoisobie we¬ dlug wynalazku wynosi 50—#00 kbar.Dziejki wysokiej dyspensyjinosci i defektywnosci% skladników wyjsciowych oraz obecnosci juz goto¬ wej struktury podobnej do wurcytu, spiekanie 20 prowadzi sie przy znacznie nizszej temperaturze i przy znacznie nizszym cisnieniu, anizeli zwykle przyjete, dla wytwarzania regularnego azotku bo¬ ru z odmiany podobnej do grafitu, bez wykorzy¬ stania katalizatorów Wstepnej obróbki wybucho- 25 wejt, dla której cisnienie wynosi 120—140 kbar i temperatura wynosi 1I9OO-^260O°C.W przypadku, kiedy konieczne jest wytworzenie polikrysztalów tylko' o strukturze wurcytu, wy¬ korzystuje isie wyjisciowa mieszanine z minimalna 30 zawartoscia azotku boru o strukturze grafitu, otrzymanego metoda fali wybuchowej i izoluje sie ja od grafitowego nagrzewacza oraz od nosnika cisnienia za pomoca ekranu wykonanego" przy¬ kladowo z niklu, tytanu, molibdenu, tantalu, wol- M framu i in. metali t.j. materialów, które nie oka¬ zaly sie byc katalizatorami w stosunku do azot¬ ku bioru.Mosc skladników wprowadzonych w sposobie we¬ dlug wynalazku mozna oznaczac w gotowym ma- 40 teriale za pomoca analizy rentgenogiraficznej. W celu zmiany wlasnosci skrawajacych i regulowa¬ nia stopnia ciagliwosci otrzymywanych polikrysz¬ talów azotku boru, zaleca sie przed spiekaniem, oprócz regularnego azotku boru, wprowadzac do 45 mieszaniny wyjsciowej, jak rup. diamenty, wegliki, azotki.Polikrysztaly azotku boru, otrzymywane sposobem wedlug wynalazku sa zwarte (porowatosc 2—5%), wykazuja gestosc 3,26 — 3,38 "g/cm3, i miikratwar- 50 dosc zaiwarta w zakresie 3000 — 7000 kg/mm2. Sto¬ sujac je w charakterze nozy w obróbce hartowa¬ nych stali i zeliw, otrzymuje sie detale, wykazu¬ jace 1—2 klase dokladnosci i 8—9 klase gladkos¬ ci powierzchni. Szybkosci skrawania mozna przy 55 tym zmieniac od $0 m/min. do 200 m/min. dla stali, od 5(0 m/imin. do 300-^LOO m/min. dla ze¬ liw.Posuw mozna zmieniac w granicach od 0,02 do Oylll mm/obrót, a glebokosc skrawania od 0,1 do 60 1,5 mm.Przyklad I. Wyjisciowa mieszanine, zawie¬ rajaca 10% wagowych azotku boru o strukturze grafitu i 90% wagowych odmiany podobnej do wurcytu, otrzymana po obróbce wyjisciojwego azot- w ku boru o strukturze grafitu fala wybuchowa * cisnieniem okolo 120 kbair, na poczatku fali wy¬ buchowej, umieszcza sie wewnatrz grafitowej na¬ grzewnicy, a nastepnie prasuje pod cisnieniem 80 kbar i nagrzerwia do temperatury 16O0^1800°C w ciagu 1—2 minut, w wyniku czego otrzymuje sie wytrzymale zwarte spieki o czarnym zabarwie¬ niu o porowatosci 2—3%, wykazujace jednoczesnie strukture zarówno wurcytu jak i regularnego azot¬ ku boru, a których mikrotwardosc wynosi 5G0O— —©000 kG/mm2.Noze skrawajace, przygotowane z takich polikry¬ sztalów azotku boru przy toczeniu hartowanych stali HRC 58-68, okazywaly trwalosc 60^80 min. do ubytku na tylnej krawedzi h = 0,4 mm, przy szybkosci V = 8lO-lKM) m/min, szybkosci posuwu s = 0,07 mm/!oibrót i glebokosci skraiwania t = 0,2 mm, dla 8—9 klasy gladkosci powierzchni. Noze z twar¬ dych stopów praktycznie nie moga, pracowac w takich warunkach (trwalosc 0,5 — 1 min).Przyklad II. Wyjsciowa mieszanine, sklada¬ jaca sie w 95% z azotku boru o strukturze wurcy¬ tu i 5% azotku bciru o strukturze grafitu, otrzy¬ mywana po obróbce wyjsciowego azotku boru o strukturze grafitu fala wybuchowa z cisnieniem 120 kbar na poczatku fali wybuchowej, umieszcza sie we wnetrzu nagrzewnicy grafitowej, izolowa¬ nej za pomoca ekranu niklowego, sprezia do ci¬ snienia 80 kbar i nagrzewa do temperatury 15iftO°C w ciagu 2h^3 minut w wyniku czegjc*otrzy¬ muje sie wytrzymale lite spieki o strukturze wur¬ cytu o porowatosci 2—-3% i mikrotwardosci 400i0— 50i0i0 kG/mm2. Noze przygotowanie z tych polikry¬ sztalów przy toczeniu hartowanej stiali przy szyb¬ kosci skrawania V = 10/0 m/min, przy szybkosci posuwu s = Q,lil mm/iobrót i glebokosci skrawania x t =\ 0$ mm. wykazaly trwalosc okolo 80 minut do ubytku na tylnej krawedzi h = 0„4 ram, przy glad¬ kosci powierzchni odpowiadajacej 8 — 9 klasie.Trwalosc nozy z twardych stopów wynosila 5^-7 mtiin.Przyklad III. Polikrysztaly wytworzone aria- lognicznie jak w przykladach I II wykorzystuje sie w celu przygotowania nozy, zdolnych do obrób¬ ki powierzchni hartowanych stali (HRC 5i5-65) w warunkach obciazen udarowych. Trwalosc tych no¬ zy,, przy toczeniu .stalowej cylindrycznej przygo- tówki ze stali HRC 62, z trzema rzedami otworów (po 4 na obwodzie) o srednicy 10 mm, nawierco¬ nymi promieniscie, w warunkach V — 225 In/min.,' S = 0,i07 mm/obrót, t = 0,^16 mim wynosila 15 mi¬ nut.W warunkach V = 100 mm/min., S = 0,07 mm/ obr., t = 0i,2 mim* trwalosc wynosila 26 min. Noze ze stopów twardych, z reguly, wylupuja sie na pierwiszych otiwlorach.Przyklad IV. Mieszanine wyjisciowa sklada¬ jaca sie z 65% azotku boru o strukturze wurcy¬ tu i 35% azotku boru o strukturze grafitu, otrzy¬ mana po obróbce wyjsciowego azotku boru o stru¬ kturze grafitu fala wybudhjofwa z cisnieniem oko-1 lo 100 kbar na poczatku fali wybuchowej, umie¬ szcza sie we wnetrzu grafitowego nagrzewacza bez ekranu metalotwego spreza do cisnienia okiolo 100 kbar i w ciagu 1 minuty nagrzewa do tem-98637 8 peratury 2000°C, w rezultacie czego, otrzymuje sie spieki zarówno"'o strukturze wurcytu, jak i regu¬ larnego azotku boru, wykazujace wlasciwosci takie jak w przykladzie I.Przyklad V. Mieszanine wyjsciowa, sklada¬ jaca sie glównie (okolo 93*Vo wagowych) z czyste¬ go azotku boru o strukturze wurcytu, 'otrzymane¬ go droga cibróbki wyjsciowego azotku boru o stru¬ kturze grafitu fala wybuchowa z cisnieniem okolo 130 kbar, na poczatku fali wybuchowej, zalado¬ wana do wnetrza grafitowego nagrzewacza z ekra¬ nem z mioliibdemu, spreza sie do cisnienia 50 kbar i nagrzewa do 1000°C, w rezultacie czego otrzy¬ muje sie spieki o porowatosci okolo 5°/», mikro- twairdosci 3000—4000 kg/mm2, zdolne do efektyw¬ nej pracy, zwlaszcza przy obróbce nieciaglych pla¬ szczyzn.Przyklad VI. Wyjsciowa mieszanine, zawie¬ rajaca 5% wagowych azotku boru o strukturze grafitu i 95% wagowych azotku boru o strukturze wurcytu, otrzymana po obróbce fala wybuchowa z cisnieniem okolo 120 kbar na poczatku fali wybu¬ chowej, umieszcza sie wewnatrz grafitowej nag¬ rzewnicy, a nastepnie prasuje pod cisnieniem 300 kbar i nagrzewa w temperaturze 700°C w ciagu 1 minuty, w wyniku czego otrzymuje sie wytrzy¬ male zwarte spieki, wykazujace jednoczesnie stru¬ kture zarówno wurcytu jak i regularnego azot¬ ku boru, a których mikrotwardosc wynosi 4500— 5000 kg/mm2. Przyrzad skrawajacy, wyposazony tak otrzymanym materialem, nadaje sie do eks¬ ploatacji na powierzchniach nieciaglych.Przyklad VII. Wyjscowia mieszanine, za¬ wierajaca 50p/o wagowych azotku boru o strukturze grafitu i 50% wagowych azotku boru Q struktu¬ rze wurcytu, otrzymana po obróbce wyjsciowego azotku boru o strukturze grafitu fala wybuchowa z cismienieim okolo 120 kbar na poczatku fali wy¬ buchowej, umieszcza sie wewnatrz grafitowej na¬ grzewnicy izolowanej za pomoca ekranu wolfra¬ mowego, spreza do cisnienia 110 kbar i nagrzewa do temperatury 3000°C w ciagu 15 sekund.Otrzymuje sie wytrzymale, zwarte spieki o za¬ barwieniu czarnym i porowatosci mniejszej niz l°/o, wykazujace jednoczesnie strukture zarówno wur¬ cytu jak i regularnego azotku boru, a których mi- krotwardosc wynosi 5000—6000 kg/mm2. Przyrzad, wyposazony w te polikrysztaly, wytrzymuje ob¬ ciazenia udarowe podczas eksploatacji na powierz¬ chniach nieciaglych. PL