RU1775357C - Polycrystalline diamond producing method - Google Patents
Polycrystalline diamond producing methodInfo
- Publication number
- RU1775357C RU1775357C SU904819116A SU4819116A RU1775357C RU 1775357 C RU1775357 C RU 1775357C SU 904819116 A SU904819116 A SU 904819116A SU 4819116 A SU4819116 A SU 4819116A RU 1775357 C RU1775357 C RU 1775357C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hours
- diamond
- strength
- density
- diameter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/25—Diamond
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Использование: при получении высокопрочных алмазных поликристаллов, работающих в услови х больших механических нагрузок. Сущность: о воздействии на углеродный материал сверхвысоким давлениемпрл нагреве в области термодинамической стабильности алмаза, причем в качестве углеродного материала используют алмаз, который предварительно измельчают до получени изометрических гранул размером 1-100 мкм, раздел ют по фракци м и подвергают очистке от примесей растворами кислот: кип щей хлорной (30-70%) в течение 10-20 ч, смесью сол ной (плотностью 1,19 г/см^, азотной (плотностью 1,40г/см'^ и дистиллированной воды в соотношении 1:1:1 по объему в течение 2-4 ч, плавиковой (40%) в течение 1-2 ч, затем промывают дистиллированной кип щей водой с трехкратной ее заменой в течение 0,5-1 ч и сушат 10-20чпри 100-120°С.>&w*-ёUsage: upon receipt of high-strength diamond polycrystals operating under conditions of high mechanical loads. SUBSTANCE: effect on ultrahigh pressure on a carbon material by heating in the field of thermodynamic stability of diamond, and diamond is used as a carbon material, which is pre-crushed to obtain isometric granules 1-100 μm in size, separated by fractions and purified from impurities with acid solutions: boiling chlorine (30-70%) for 10-20 hours, a mixture of salt (with a density of 1.19 g / cm ^, nitrogen (with a density of 1.40 g / cm '^ and distilled water in a ratio of 1: 1: 1 by volume for 2-4 hours, hydrofluoric (40%) for 1-2 hours, then washed with distilled boiling water with a three-time replacement for 0.5-1 hours and dried for 10-20 hours at 100-120 ° C. ≫ & w * -ё
Description
Изобретение относитс к области получени высокопрочных поликристаллов, работающих в услови х больших механических и тепловых нагрузок.The invention relates to the field of producing high-strength polycrystals operating under conditions of high mechanical and thermal loads.
Наиболее близким по технической сущности к за вл емому вл етс способ получени поликристаллических алмазов, которые не содержат металлических включений , Данный способ выбран в качестве прототипа. Недостатком его вл етс , как и у природных алмазов, недостаточна механическа прочность.The closest in technical essence to the claimed is a method for producing polycrystalline diamonds that do not contain metal inclusions. This method is selected as a prototype. Its disadvantage is, like natural diamonds, insufficient mechanical strength.
Целью изобретени вл етс повышение прочности и термопрочности поликристаллических алмазов за счет активации поверхности исходною алмазного материала и оптимизации свойств кристаллов.The aim of the invention is to increase the strength and thermal strength of polycrystalline diamonds by activating the surface of the original diamond material and optimizing the properties of the crystals.
П р и м е р 1- Поликристаллические синтетические алмазы, полученные согласноPRI me R 1 - Polycrystalline synthetic diamonds obtained according to
Е2 -Е 1E2-E 1
прототипу, дроб т при Еprototype, fraction t at E
-. Выдел ют зерна размером 30/20 мкм, кип т т 15 ч в растворе 70% хлорной кислоты, (конц.70%) 3 ч в смеси растворов сол ной и азотной кислот, 1 ч держат в растворе плавиковой кислоты и трехкратно 45 мин кип т т в дистиллированной воде, сушат 15 ч при 110°С, засыпают в чейку диаметром 4 мм, высотой 4 мм или чейку диаметром 7 мм, высотой 5 мм, уплотн ют, помещают в АВД типа Тороид с диаметром лунки 15 мм с графитовым нагревателем, создают давление 9 ГПа, нагревают до 1800°С, выдерживают 20 с (или до 2000°С и выдерживают 1 -2 с). Получают алмазный поликристалл b виде-. Grains 30/20 μm in size are isolated, boiled for 15 hours in a solution of 70% perchloric acid, (conc. 70%) for 3 hours in a mixture of solutions of hydrochloric and nitric acids, kept for 1 hour in a solution of hydrofluoric acid and boiled for three times for 45 minutes t in distilled water, dried for 15 hours at 110 ° C, poured into a cell with a diameter of 4 mm, a height of 4 mm or a cell with a diameter of 7 mm, a height of 5 mm, compacted, placed in a toroid type reactor with a hole diameter of 15 mm with a graphite heater , create a pressure of 9 GPa, heated to 1800 ° C, held for 20 s (or up to 2000 ° C and held for 1 -2 s). Get diamond polycrystal b form
цилиндра диаметром 3,5 мм, высотой 3 мм, или диаметром 5,5 мм, высотой 3,5 мм, сопротивлением более Ом см, зольностью менее 0,05 мае. %, прочностью 6,5 ГПа, термопрочностью - без изменений ,цо температуры не менее 1200°С, теплопроводностью 400 Вт/(м град),a cylinder with a diameter of 3.5 mm, a height of 3 mm, or a diameter of 5.5 mm, a height of 3.5 mm, a resistance of more than Ohm cm, an ash content of less than 0.05 May. %, strength 6.5 GPa, thermal strength - unchanged, temperature not less than 1200 ° С, thermal conductivity 400 W / (m deg),
П р и м е р 2. Сростки и монокристаллы природного алмазного порошка метаморфических пород дроб т при . ВЫдел ют зерна размером 20/10 мкм, кип т т 10 ч в растворе 30% хлорной кислоты, 2 ч в смеси растворов сол ной и азотной кислот, держат 2 ч в растворе плавиковой кислоты, трехкратно кип т т 30 мин в дистиллированной воде, затем сушат 10 ч при 100°С, засыпают в чейку диаметром 12 мм и высотой 10 мм или чейку диаметром 18 мм, высотой 4 мм, уплотн ют, помещают в АВД типа Тороид с диаметром лунки 35 мм с графитовым нагревателем, создают давление 8,0 ГПа, нагревают до 1500°С и выдерживают 100 с (или 1800°С и 30 с). Получанэт алмазный поликристалл (компакт) диаметром 10 мм, высотой 8 мм (или диаметром 1В мм и высотой 3 мм), сопротивлением более Ом см, зольностью менее 0,1 мас.%, прочностью 6,0 ГПа, термопрочностью - без изменений до , теплопроводностью 350 Вт/(м град).PRI me R 2. Joints and single crystals of natural diamond powder of metamorphic rocks are crushed at. Grains of 20/10 μm in size are isolated, boiled for 10 hours in a solution of 30% perchloric acid, 2 hours in a mixture of hydrochloric and nitric acid solutions, kept for 2 hours in a solution of hydrofluoric acid, boiled three times for 30 minutes in distilled water. then dried for 10 hours at 100 ° C, poured into a cell with a diameter of 12 mm and a height of 10 mm or a cell with a diameter of 18 mm, a height of 4 mm, compacted, placed in a toroid type pressure chamber with a diameter of 35 mm with a graphite heater, create a pressure of 8, 0 GPa, heated to 1500 ° C and held for 100 s (or 1800 ° C and 30 s). Obtained is a diamond polycrystal (compact) with a diameter of 10 mm, a height of 8 mm (or a diameter of 1 mm and a height of 3 mm), a resistance of more than Ohm cm, an ash content of less than 0.1 wt.%, A strength of 6.0 GPa, and heat resistance - unchanged to thermal conductivity 350 W / (m hail).
П р и м е р 3, Друзы (или поликристаллические агрегаты) природного алмазного порошка вулканических (кимберлитоаых) пород, например XX группы, дроб т при . Выдел ют зерна размером 100/80 мкм или 30/20 мкм, кип т т 20 ч в растворе 30% хлорной кислоты, 4 ч в смеси растворов сол ной и азотной кислот, держат4 ч в растворе плавиковой кислоты, трехкратно кип т т 1 ч в дистиллированной воде, сушат 20 ч при 120С, засыпают в чейку диаметром 18 мм, высотой 15 мм с графитовым нагревателем или чейку диаметром 30 мм, высотой 7 м (с металлическим нагревателем ), создают давление 8,5 ГПа, нагревают до 1800°С, выдерживают 100 с (или и 1000 с). Получают алмазный компакт диаметром 16 мм, высотой 12 мм (или диаметром 28 мм, высотой 5 мм), сопротивлением более 10 Ом см (или 10 Ом см), зольностью менее 0,01 мас.%, прочностью 6,5 ГПа (или 4,0 ГПа), термопрочностью - без изменений до 1200°С, теплопроводностью -600 Вт/(м град) (или 450 Вт/(м град)).PRI me R 3, Druse (or polycrystalline aggregates) of natural diamond powder of volcanic (kimberlite) rocks, for example XX group, crushed at. Grains 100/80 μm or 30/20 μm in size are isolated, boiled for 20 hours in a solution of 30% perchloric acid, 4 hours in a mixture of hydrochloric and nitric acid solutions, kept for 4 hours in a solution of hydrofluoric acid, boiled three times for 1 hour in distilled water, dried for 20 hours at 120 ° C, poured into a cell with a diameter of 18 mm, a height of 15 mm with a graphite heater or a cell with a diameter of 30 mm, a height of 7 m (with a metal heater), create a pressure of 8.5 GPa, heated to 1800 ° C withstand 100 s (or 1000 s). A diamond compact is obtained with a diameter of 16 mm, a height of 12 mm (or a diameter of 28 mm, a height of 5 mm), a resistance of more than 10 Ohm cm (or 10 Ohm cm), an ash content of less than 0.01 wt.%, A strength of 6.5 GPa (or 4 , 0 GPa), thermal strength - unchanged up to 1200 ° C, thermal conductivity -600 W / (m deg) (or 450 W / (m deg)).
. Из алмазных поликристаллических заготовок с помощью лазера нарезают элементы заданной формы и размеров, например треугольные призмы, кубы, параллелепипеды , цилиндры, иглы и заделывают их в металлокерамическую матрицу бурового инструмента путем натрева без доступа кислорода до 1150°С. Обрезки дроб тдо получени шлифпорошка с размером зерна до 2,5 мм, который используют в импрегнироваиных коронках, однослойных коронках , алмазных пилах и др. инструментах. Кроме того компакты используют дл изготовлени - фильер (волок) или изготовлени подложек дл элементов электроники, где требуетс высока теплопроводность, электросопротивление , низкие потери на высоких частотах и т.д... Elements of a given shape and size, for example, triangular prisms, cubes, parallelepipeds, cylinders, needles, are cut from polycrystalline diamond billets using a laser and embedded into the ceramic-metal matrix of a drilling tool by heating without oxygen to 1150 ° C. Cutting fractions to obtain a grinding powder with a grain size of up to 2.5 mm, which is used in impregnated crowns, single-layer crowns, diamond saws and other tools. In addition, compacts are used for the manufacture of dies (die) or the manufacture of substrates for electronic components where high thermal conductivity, electrical resistance, low loss at high frequencies, etc. are required.
Приведенный способ можно использовать дл получени компактов с повышенной термопрочностью из алмазов, синтезированных из графита с помощью металлических катализаторов, Однако, в этомThe above method can be used to obtain compacts with increased heat resistance from diamonds synthesized from graphite using metal catalysts. However, in this
случае возможно удалить только часть включений из поверхностной области зерен и из открытых пор. Присутствие металлов и карбидов размерами 10-100 нм в закрытых порах разупрочн ет поликристалл приIn this case, it is possible to remove only a part of inclusions from the surface region of grains and from open pores. The presence of metals and carbides with sizes of 10–100 nm in closed pores softens the polycrystal at
нагреве. Степень разупрочнени зависит от количества включений и измен етс от 0,3 оь до 0,7 оь ( оь - начальна прочность) в случае нагрева до 1200°С в течение 30 мин, если содержание включений измен етс соответственно от 0,2 до 2 мас.%. Если содержание включений составл ет 2-5 мас.%, то при 1200°С наступает полное разупрочнение , а при 1000°С степень разупрочнени составл ет соответственно Э (0,7-0,3) оь.heating up. The degree of softening depends on the number of inclusions and varies from 0.3 o to 0.7 o (o - initial strength) if heated to 1200 ° C for 30 minutes, if the content of inclusions varies from 0.2 to 2 wt. .%. If the content of inclusions is 2-5 wt%, then complete softening occurs at 1200 ° C, and at 1000 ° C the degree of softening is respectively E (0.7-0.3) g.
Предложенный способ позвол ет получить поликристаллические алмазы с повышенной абразивной стойкостью. По сравнению с монокристаллами эти характеристики выше в среднем на 20%. ПрочностьThe proposed method allows to obtain polycrystalline diamonds with high abrasion resistance. Compared with single crystals, these characteristics are higher by an average of 20%. Strength
на раздавливание составл ет 4,0-6,5 ГПа. Нагрев до 1200°С (при отсутствии кислорода ) не приводит к уменьшению исходной прочности. Данные поликристаллические алмазы могут заменить по своим физико-химическим параметрам природные монокристаллы алмаза XV и XXXV групп, используемые в буровой технике.crushing pressure is 4.0-6.5 GPa. Heating to 1200 ° C (in the absence of oxygen) does not lead to a decrease in the initial strength. These polycrystalline diamonds can replace, in their physicochemical parameters, natural single crystals of diamond of groups XV and XXXV used in drilling equipment.
Дл компактировани пригодны изометрические гранулы всех размеров от 1 доFor compacting, isometric granules of all sizes from 1 to
100 мкм, которые раздел ютс на узкие фракции от 10/1 мкм до 100/90 мкм. В указанных примерах вз ты дл компактировани фракции 20/10,30/20 и 100/80 мкм. Эти фракции компактируютс по данному методу более успешно с оптимальными прочностными характеристиками.100 microns, which are divided into narrow fractions from 10/1 microns to 100/90 microns. In these examples, fractions of 20 / 10.30 / 20 and 100/80 microns were taken. These fractions are compacted by this method more successfully with optimal strength characteristics.
Сопостабительный анализ алмазов, полученных по прототипу, в сравнении сComparative analysis of diamonds obtained by the prototype, in comparison with
предложенным способом показывает, что алмазные компакты за вител (АКПМ-1, АКПК-1, АКСБ-1) и монокристаллы природных алмазов имеют одинаковую термопрочность до . в то врем , как алмазные компакты, полученные путем перекристаллизации в металлическом расплаве (АКСК-1, АКСМ-1) имеют при Т° 1200°С пониженную термопрочность, составл ющую 10-30% от исходной, что не позвол ет примен ть их при температурах и выше. Кроме того, предложенный способ позвол ет получить поликристаллические алмазы с повышенной прочностью и абразивной стойкостью. По сравнению с монокристаллами эти характеристики выше в среднем на 20%. Прочность на раздавливание составл ет 4,0-6,5 ГПа. Скомпактированные поликристаллйческие алмазы могут заменить по своим физико-химическим параметрам природные монокристаллы алмаза XV и XXXV групп, используемые в буровой технике. Из них могут быть изготовлены заготовки дл изготовлени изделий различной формы.the proposed method shows that diamond compacts per vitell (AKPM-1, AKPK-1, AKSB-1) and single crystals of natural diamonds have the same heat resistance to. while diamond compacts obtained by recrystallization in a metal melt (AKSK-1, AKSM-1) have a reduced thermal strength at T ° 1200 ° C, which is 10-30% of the initial value, which does not allow their use temperatures and above. In addition, the proposed method allows to obtain polycrystalline diamonds with increased strength and abrasion resistance. Compared with single crystals, these characteristics are higher by an average of 20%. The crushing strength is 4.0-6.5 GPa. Compacted polycrystalline diamonds can replace, in their physicochemical parameters, natural single crystals of diamond of groups XV and XXXV used in drilling equipment. Preforms for the manufacture of articles of various shapes can be made from them.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904819116A RU1775357C (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Polycrystalline diamond producing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904819116A RU1775357C (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Polycrystalline diamond producing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1775357C true RU1775357C (en) | 1992-11-15 |
Family
ID=21510911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904819116A RU1775357C (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Polycrystalline diamond producing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1775357C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102616777A (en) * | 2012-04-09 | 2012-08-01 | 江苏金海丰硬质材料科技有限公司 | Method for removing graphite carbon in nanometer diamond ash prepared by detonation technique |
-
1990
- 1990-04-24 RU SU904819116A patent/RU1775357C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР №1231803, кл. С 01 831/06, 1983. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102616777A (en) * | 2012-04-09 | 2012-08-01 | 江苏金海丰硬质材料科技有限公司 | Method for removing graphite carbon in nanometer diamond ash prepared by detonation technique |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3407445A (en) | High pressure reaction vessel for the preparation of diamond | |
KR830001462B1 (en) | Process for producing cubic boron nitride from hexagonal boron nitride in the absence of a catalyst | |
CA1136429A (en) | Abrasive compacts | |
US4643741A (en) | Thermostable polycrystalline diamond body, method and mold for producing same | |
US4525179A (en) | Process for making diamond and cubic boron nitride compacts | |
EP0604073B1 (en) | Production of multicrystalline cubic boron nitride | |
JPH06278031A (en) | Production of abrasive material | |
JPS6338208B2 (en) | ||
US9216492B2 (en) | Functionalization of cubic boron nitride and method of making the same | |
EP0584051B1 (en) | Method of manufacturing whisker-reinforced ceramics | |
RU1775357C (en) | Polycrystalline diamond producing method | |
JPS62274034A (en) | Manufacture of polycrystalline diamond sintered compact by reaction sintering | |
US2270607A (en) | Ceramic cutting tool | |
JP2586997B2 (en) | Manufacturing method of boron nitride based amorphous cemented carbide | |
TWI632024B (en) | Single crystal cbn featuring micro-fracturing during grinding | |
CA1199184A (en) | Process for making diamond and cubic boron nitride compacts | |
EP1037705B1 (en) | Crystal-containing material | |
US6030596A (en) | Synthesis of diamonds | |
Sorb et al. | Diamond: high-pressure synthesis | |
SU329761A1 (en) | Method of manufacturing polycristalline diamono aggregates of preset shape | |
JPS5957905A (en) | Production of cubic boron nitride | |
KR100636415B1 (en) | Manufacturing method of cubic boron nitride | |
RU2229434C2 (en) | Elevated-strength cubic boron nitride preparation method | |
JPH0437650A (en) | Fracture resisting diamond and processing of diamond-combined article | |
Jennings et al. | Microstructural analysis of reaction-bonded silicon nitride |