RU2011649C1 - Method of manufacturing ceramics for cutting tools - Google Patents

Method of manufacturing ceramics for cutting tools Download PDF

Info

Publication number
RU2011649C1
RU2011649C1 SU4027686A RU2011649C1 RU 2011649 C1 RU2011649 C1 RU 2011649C1 SU 4027686 A SU4027686 A SU 4027686A RU 2011649 C1 RU2011649 C1 RU 2011649C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cubic
boron nitride
powder
ceramics
pressed
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хара Акио
Язу Судзи
Original Assignee
Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=15587112&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2011649(C1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. filed Critical Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2011649C1 publication Critical patent/RU2011649C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of shrunk ceramic products. SUBSTANCE: essence of new method resided in admixing powdery compact boron nitride modification with refractory compounds selected from group including carbides, nitrides, borides and carbonitrides of transition metals classified under group including Ti, Zr, Hf, Nb, V, and Ta powdery metallic component. At first, researchers sintered admixture of 10 to 89.9 % by volume of refractory compound and 0.1 to 20 % by volume powdery metallic component which was silicon and/or aluminum. Resultant cake was ground and admixed with boron nitride (BN) having particle size either equal to or smaller than 7 ≅ 7 μm. Ratio of BN to ground cake was 10 to % by volume to 20 to 90 % by volume, respectively. Compound of general formula MeAx was employed as refractory ingredient, where Me represented transition metal selected from above mentioned group, A denoted C and/or N or B and x was either equal to or smaller than 0.93. In this manner was obtained material in which refractory compound produced continuous matrix with distributed boron nitride crystals. EFFECT: more durable cutting tools. 10 dwg

Description

Изобретение относится к керамике горячей прессовки, предназначенной для инструмента механической обработки, а также к способу получения такой прессованной керамики. The invention relates to hot pressed ceramics intended for a machining tool, as well as to a method for producing such pressed ceramics.

Форма высокого давления нитрида бора включает кубическую форму нитрида бора (называемую ниже кубическим ВB [CBN] ) и вюртцитную форму нитрида бора (называемую ниже вюртцитным ВN [WBN] . Они обладают самой высокой твердостью после алмаза и наиболее перспективны для использования при шлифовке и при резании. The high pressure form of boron nitride includes the cubic form of boron nitride (hereinafter referred to as cubic BB [CBN]) and the wurtzit form of boron nitride (referred to below as wurtzitic boron nitride [WBN]. They have the highest hardness after diamond and are most promising for use in grinding and cutting .

Для шлифовки указанный материал уже широко используют. Предназначенный для резания прессованный кубический BN, связанный металлом, таким как кобальт, поступает для пробы на продажу. Эта прессованная керамика кубического BN, связанного металлом, при использовании в качестве режущего инструмента, обладает различными дефектами: связующий металл размягчается при высоких температурах, вызывая уменьшение износостойкости, и инструмент часто ломается из-за приваривания к обрабатываемой детали. For grinding said material is already widely used. The pressed cubic BN intended for cutting, bound by a metal such as cobalt, is sold for testing. This pressed ceramic of cubic metal bonded BN, when used as a cutting tool, has various defects: the binder metal softens at high temperatures, causing a decrease in wear resistance, and the tool often breaks due to welding to the workpiece.

В качестве материала для инструмента форма высокого давления нитрида бора обладает отличными свойствами, такими как высокие твердость и теплопроводность. В режущем инструменте, например, при прочих равных условиях чем выше теплопроводность материала инструмента, тем ниже температура рабочего конца режущего инструмента, что наиболее предпочтительно для износостойкости инструмента. В случае прерывистого резания, например шарошки тепловой удар наносится по инструменту при быстром повышении и падении температуры, что вызывает тепловое растрескивание. Однако, если инструмент имеет более высокую теплопроводность, трещины вряд ли появятся, поскольку разность температур между поверхностью и внутренней частью инструмента будет небольшой. As a tool material, the high pressure form of boron nitride has excellent properties, such as high hardness and thermal conductivity. In a cutting tool, for example, ceteris paribus, the higher the thermal conductivity of the tool material, the lower the temperature of the working end of the cutting tool, which is most preferable for tool wear resistance. In the case of intermittent cutting, for example, cones, a heat stroke is applied to the tool when the temperature rises and falls rapidly, which causes thermal cracking. However, if the tool has a higher thermal conductivity, cracks are unlikely to appear, since the temperature difference between the surface and the inside of the tool will be small.

Известен способ получения керамики для режущего инструмента путем смешивания 70-99 об. % нитрида бора кубической модификации, до 30% карбида тугоплавкого металла из группы W, Ti и т. д. и металла (Со, Ni, Fe), выполняющего роль связки. В результате спекания получают материал из взаимосвязанных частиц нитрида бора, причем износостойкость полученного материала недостаточна. A known method of producing ceramics for a cutting tool by mixing 70-99 vol. % boron nitride of cubic modification, up to 30% carbide of a refractory metal from the group W, Ti, etc., and metal (Co, Ni, Fe), which acts as a binder. As a result of sintering, material is obtained from interconnected particles of boron nitride, and the wear resistance of the obtained material is insufficient.

Целью изобретения является повышение износостойкости материала за счет получения структуры, в которой тугоплавкое соединение образует непрерывную матрицу с распределенными в ней кристаллами нитрида бора. The aim of the invention is to increase the wear resistance of the material by obtaining a structure in which the refractory compound forms a continuous matrix with boron nitride crystals distributed in it.

На фиг. 1 представлен график зависимости изменения теплопроводностей от температуры кубического BN различных соединений; на фиг. 2 - диаграмма состояния в координатах давление - температура, зона стабильности кубического BN; на фиг. 3 - график зависимости постоянной решетки TiN, содержащегося в керамике горячей прессовки, от температур спекания; на фиг. 4 - график зависимости атомно-весового отношения азота и титана в материале TiN от постоянной решетки; на фиг. 5 - график зависимости объемного содержания кубического BN в прессованной керамике от времени, в течение которого режущий инструмент, изготовленный из керамики по настоящему изобретению, изнашивается на определенную величину: на фиг. 6 - график зависимости среднего размера частиц кубического BN от степени износа полученной керамики горячей прессовки; на фиг. 7 - диаграмма состояния в координатах давление - температура вюртцитного BN, где показана его метастабильная зона; на фиг. 8 - эскиз формы обрабатываемой заготовки; на фиг. 9 - график, показывающий износостойкость режущего инструмента, снабженного керамикой горячей прессовки по настоящему изобретению; на фиг. 10 - график зависимости количества вюртцитного BN в керамике горячей прессовки по изобретению от времени, в течение которого режущий инструмент, изготовленный из керамики горячей прессовки по изобретению, изнашивается на определенную величину. In FIG. Figure 1 shows a graph of the dependence of thermal conductivity on the temperature of the cubic BN of various compounds; in FIG. 2 is a state diagram in coordinates pressure - temperature, stability zone of cubic BN; in FIG. 3 is a graph of the dependence of the lattice constant of TiN contained in hot-pressed ceramics on sintering temperatures; in FIG. 4 is a graph of the atomic-weight ratio of nitrogen and titanium in the TiN material on the lattice constant; in FIG. 5 is a graph of the volumetric content of cubic BN in the pressed ceramic versus time during which a cutting tool made of the ceramic of the present invention wears out by a certain amount: in FIG. 6 is a graph of the average particle size of cubic BN on the degree of wear of the obtained hot pressed ceramic; in FIG. 7 is a state diagram in coordinates of pressure - temperature of the wurtzite BN, where its metastable zone is shown; in FIG. 8 is a sketch of the shape of the workpiece; in FIG. 9 is a graph showing the wear resistance of a cutting tool equipped with a hot pressed ceramic of the present invention; in FIG. 10 is a graph of the amount of wurtzite BN in a hot pressed ceramic of the invention versus time during which a cutting tool made of hot pressed ceramic of the invention wears out by a certain amount.

Для того чтобы придать керамике горячей прессовки на основе кубического BN свойства, необходимые для инструмента механической обработки, например для режущего инструмента, нужен связывающий материал, обладающий более высокими теплопроводимостью, теплостойкостью, твердостью, сопротивлением к истиранию, вязкостью, антиреакционностью к обрабатываемой детали, чем известные связующие металлы, такие как кобальт. In order to give the hot pressed ceramic based on cubic BN the properties necessary for a machining tool, for example, for a cutting tool, a bonding material is needed that has higher heat conductivity, heat resistance, hardness, abrasion resistance, viscosity, anti-reaction to the workpiece than known binding metals such as cobalt.

В настоящем изобретении в качестве связующих материалов, удовлетворяющих указанным требованиям, выбраны карбиды, нитриды, карбонитриды, бориды и силициды металлов переходных групп IVa (Ti, Zr, Hf), Va (V, Nb, Ta) и VIa (Cr, Mo, W) Периодической таблицы, их смеси, а также соединения их твердых растворов. Эти соединения обладают главным образом высокими твердостью, температурой сварки и металлическими свойствами по сравнению с их окислами. В частности, теплопроводности этих соединений близки по величине к металлам. In the present invention, carbides, nitrides, carbonitrides, borides and silicides of metals of transition groups IVa (Ti, Zr, Hf), Va (V, Nb, Ta) and VIa (Cr, Mo, W) are selected as binders satisfying these requirements ) The periodic table, their mixtures, as well as the compounds of their solid solutions. These compounds possess mainly high hardness, welding temperature and metallic properties compared to their oxides. In particular, the thermal conductivities of these compounds are close in magnitude to metals.

С точки зрения теплостойкости и прочности по сравнению с другими окислами, Al2O3 обладает отличными свойствами и высокой теплопроводностью при комнатной температуре. Однако, как показано на фиг. 1, ее теплопроводность существенно уменьшается при более высоких температурах. Это большой дефект при использовании в режущем инструменте, где наиболее важна высокотемпературная стойкость. В противоположность этому указанные соединения обладают более высокой теплопроводностью при более высоких температурах, как показано на фиг. 1.In terms of heat resistance and strength compared to other oxides, Al 2 O 3 has excellent properties and high thermal conductivity at room temperature. However, as shown in FIG. 1, its thermal conductivity decreases significantly at higher temperatures. This is a major defect when used in a cutting tool where high temperature resistance is most important. In contrast, these compounds have higher thermal conductivity at higher temperatures, as shown in FIG. 1.

Что касается способа получения керамики горячей прессовки из выбранных таким образом связующих соединений и кубического BN, то исходный порошковый кубический BN со средним размером частиц 0,1-100 мкм смешивают не менее чем с одним соединением, средний размер частиц которого не превышает 50 мкм, и порошковую смесь или необожженную прессовку из нее, предварительно отформованную при комнатной температуре, спекают под давлением свыше 20 кб при температурах свыше 700оС в течение времени свыше 3 мин при помощи пресса сверхвысокого давления кольцевого или поясного типа для производства алмазов. В качестве нагревательного элемента используют графитовую трубу, в которую помещают электроизолирующий материал, такой как тальк или NaCl, который окружает порошковую смесь или необожженную прессовку из него. Вокруг графитовой трубы располагают прессованную среду, такую как пирофиллит. Предпочтительно проводить спекание при давлениях и температуре в зоне стабильности кубического BN, указанной на фиг. 2. Однако эта зона в настоящее время четко не определена и служит только для критерия. Условия могут измениться из-за теплостойкости связующего соединения, используемого в сочетании с кубическим BN.As for the method for producing hot pressed ceramics from the binder compounds selected in this way and cubic BN, the initial cubic powder BN with an average particle size of 0.1-100 μm is mixed with at least one compound whose average particle size does not exceed 50 μm, and powder mixture or green compact therefrom preformed at room temperature, is sintered under pressure over 20 kb at temperatures above about 700 C for a time of 3 minutes by means of ultra-high pressure press koltsevog o or belt type for diamond production. A graphite tube is used as a heating element, in which an electrically insulating material, such as talc or NaCl, is placed, which surrounds the powder mixture or unbaked compact from it. Around the graphite tube is a compressed medium such as pyrophyllite. It is preferable to carry out sintering at pressures and temperature in the stability zone of cubic BN indicated in FIG. 2. However, this zone is currently not clearly defined and serves only for the criterion. Conditions may vary due to the heat resistance of the binder used in combination with cubic BN.

Наиболее ценным качеством, придающим полезность керамике горячей прессовки по изобретению, является то, что теплостойкие соединения образуют непрерывную матрицу в структуре прессованной керамики по изобретению. Таким образом, в керамике по изобретению вязкие, прочные, теплостойкие связующие соединения пропитывают и заполняют зазоры между частицами кубического BN подобно кобальту, который является матрицей сцементированного карбида WC-Со, образуя непрерывную матрицу, посредством чего керамике горячей прессовки придается вязкость. The most valuable quality that makes the hot pressed ceramics of the invention useful is that the heat-resistant compounds form a continuous matrix in the structure of the pressed ceramics of the invention. Thus, in the ceramic of the invention, viscous, strong, heat-resistant binder compounds impregnate and fill the gaps between the particles of cubic BN like cobalt, which is a matrix of cemented WC-Co carbide, forming a continuous matrix, whereby the hot pressing ceramic is viscous.

Для того чтобы получить керамику горячей прессовки, обладающую указанной структурой, в результате опытов было найдено, что количество кубического BN не должно превышать 80 об. % в керамике. Нижний предел количества кубического BN в прессованной керамике составляет 10 об. % . Если кубического BN меньше 10 об. % , то прессованная керамика не проявляет в инструменте свойства, которыми обладает кубический BN. In order to obtain hot pressed ceramics having the indicated structure, as a result of experiments, it was found that the amount of cubic BN should not exceed 80 vol. % in ceramics. The lower limit of the amount of cubic BN in the pressed ceramic is 10 vol. % If the cubic BN is less than 10 vol. %, the pressed ceramic does not exhibit in the tool the properties possessed by cubic BN.

На фиг. 3 показана структура керамики горячей прессовки по настоящему изобретению, которая содержит 60 об. % кубического BN, а остальное количество составляет TiN. На фотографии матрица TiN, имеющая более светлый вид, пропитывает и заполняет зазоры между частицами кубического BN, имеющего темный вид, посредством чего образуется плотно сконцентрированная, сжатая и непрерывная матрица TiN. Причина, благодаря которой происходит образование такой структуры, заключается в том, что TiN как более мягкий, чем кубический BN, при высоких температурах, может проникать в зазоры между частицами кубического BN во время спекания. In FIG. 3 shows the structure of the hot pressed ceramic of the present invention, which contains 60 vol. % cubic BN, and the rest is TiN. In the photograph, the lighter TiN matrix impregnates and fills the gaps between the particles of the cubic BN, which has a dark appearance, whereby a densely concentrated, compressed and continuous TiN matrix is formed. The reason for the formation of such a structure is that TiN, as softer than cubic BN, at high temperatures, can penetrate into the gaps between particles of cubic BN during sintering.

При использовании прессованной керамики для инструмента предпочтительными теплостойкими связующими соединениями в качестве матрицы керамики горячей прессовки по изобретению являются карбиды, нитрид и карбонитриды металлов переходных групп IVa и Va Периодической таблицы, а также соединения их твердых растворов, причем среди них наиболее предпочтительны карбиды, нитриды и карбонитриды Ti, Zr или Hf металлов группы IVa. When using pressed ceramics for tools, the preferred heat-resistant binder compounds as the matrix of the hot pressed ceramics according to the invention are carbides, nitride and carbonitrides of metals of transition groups IVa and Va of the Periodic table, as well as compounds of their solid solutions, among which carbides, nitrides and carbonitrides are most preferred Ti, Zr or Hf of Group IVa metals.

Другая причина, благодаря которой карбиды, нитриды и карбонитриды металлов групп IVa и Va и их соединения твердых растворов обладают отличными свойствами в качестве теплостойких связующих соединений матрицы в прессованной керамике, состоит в следующем. При рассмотрении, например нитрида, нитриды этих металлов можно сформулировать в виде MN1 ± x, где М - металл Ti, Zr, Hf, V, Nb или Та, х - существование атомной вакансии или сравнительно лишнего атома, которые существуют в широком диапазоне отношения М к азоту на фазовой диаграмме. В результате опытов, используя различные нитриды, имеющие различные х в формуле MN1 ± x, было найдено, что некоторые нитриды со значением х в ограниченном диапазоне проявляют лучшую степень спекания.Another reason due to which carbides, nitrides and carbonitrides of metals of groups IVa and Va and their solid solution compounds have excellent properties as heat-resistant matrix binder compounds in pressed ceramics is as follows. When considering, for example, nitride, the nitrides of these metals can be formulated as MN 1 ± x , where M is the metal Ti, Zr, Hf, V, Nb or Ta, x is the existence of an atomic vacancy or a relatively extra atom, which exist in a wide range of ratios M to nitrogen in the phase diagram. As a result of experiments, using different nitrides having different x in the formula MN 1 ± x , it was found that some nitrides with a value of x in a limited range exhibit a better degree of sintering.

При использовании прессованной керамики для инструмента, особенно для режущего инструмента, размер кристаллических частиц керамики предпочтительно не превышает нескольких микрон. Для того чтобы получить также тонкие частицы, порошковый материал кубического BN должен быть тоньше нескольких микрон. Тонкий порошок из частиц в несколько микрон или еще меньше содержит сравнительно большее количество кислорода, большая часть которого обычно присутствует в виде гидроокиси или т. п. При нагревании этого гидроокисного соединения оно расщепляется с образованием газов. Если материал, подвергаемый спеканию, не полностью уплотнен, то удалить газы из системы не представляет труда. Однако при спекании под сверхвысокими давлениями (по данному изобретению) невозможно удалить газы из системы. В этом случае обычно предварительно обезгаживают материал. Однако, если при обезгаживании нельзя использовать высокие температуры, возникает проблема. Таким образом, температуры нагрева ограничены из-за реконверсии кубического BN в форму низкого давления нитрида бора. When using pressed ceramic for a tool, especially for a cutting tool, the crystalline particle size of the ceramic is preferably not more than a few microns. In order to also obtain fine particles, the cubic BN powder material must be finer than a few microns. A fine powder of particles of a few microns or even less contains a relatively large amount of oxygen, most of which is usually present in the form of hydroxide or the like. When this hydroxide compound is heated, it breaks down to form gases. If the material to be sintered is not completely compacted, it is not difficult to remove gases from the system. However, when sintering under ultrahigh pressures (according to this invention), it is impossible to remove gases from the system. In this case, the material is usually pregassed. However, if high temperatures cannot be used during degassing, a problem arises. Thus, heating temperatures are limited due to the conversion of cubic BN to a low pressure form of boron nitride.

Процесс обезгаживания тонкого порошка осуществляют следующим образом. Сначала удаляют при низких температурах физически адсорбированные газ и воду. Затем отщепляют химически адсорбированные газ и гидраты окисей. Наконец остаются окислы. В силу того что кубический BN стабилен при температурах ниже примерно 1000оС, его можно предварительно нагреть хотя бы до этой точки. Поэтому если предварительная обезгаживающая обработка проведена, оставшиеся газовые компоненты находятся в виде окислов. Поскольку нужно, чтобы прессованная керамика содержала как можно меньше газообразных компонентов, предпочтительно удалять воду и водород с помощью предварительной обработки. В указанном процессе все материалы по настоящему изобретению подвергают обежгаживанию в вакууме при давлении ниже 10-3 мм рт. ст. при температурах свыше 700оС в течение свыше 10 мин.The process of degassing fine powder is as follows. First, physically adsorbed gas and water are removed at low temperatures. Then chemically adsorbed gas and oxides hydrates are cleaved off. Finally, oxides remain. Because the cubic BN is stable at temperatures below about 1000 C, it may be preheated at least to this point. Therefore, if a preliminary degassing treatment is carried out, the remaining gas components are in the form of oxides. Since it is necessary that the pressed ceramic contains as few gaseous components as possible, it is preferable to remove water and hydrogen by pretreatment. In this process, all the materials of the present invention are subjected to vacuum stripping at a pressure below 10 −3 mm Hg. Art. at temperatures above 700 C for more than 10 min.

Возможность получения лучшей прессованной керамики при добавлении MN1 ± x обусловлена следующим.The possibility of obtaining the best pressed ceramics with the addition of MN 1 ± x is due to the following.

Окислы в виде B2O3 существуют на поверхности порошка кубического BN даже после указанной обезгаживающей обработки. Когда этот B2О3 и часть М, соответствующая (-х) на MN1 ± x, вступают в реакцию
В2O3 + 4 М -> МВ2 + 3 МO при этом не образуется газ, а МО имеет такую же кристаллическую структуру, как и MN, посредством чего образуется твердый раствор. Это может быть причиной, благодаря которой нитриды Ti, Zr и Hf, изображаемые в виде MN1 ± x. проявляют более высокую степень спекания.
Oxides in the form of B 2 O 3 exist on the surface of the cubic BN powder even after said degassing treatment. When this B 2 O 3 and the part of M corresponding to (s) on MN 1 ± x enter into reaction
In 2 O 3 + 4 M -> MV 2 + 3 MO, no gas is formed at the same time, and MO has the same crystalline structure as MN, whereby a solid solution is formed. This may be the reason due to which the nitrides Ti, Zr and Hf, depicted as MN 1 ± x . exhibit a higher degree of sintering.

Указанные соображения применимы не только к нитридам, но также и к карбидам формулы MC1 ± x, карбонитридам формулы М(С, N)1 ± x, их смесям, а также к соединениям их твердых растворов.These considerations apply not only to nitrides, but also to carbides of the formula MC 1 ± x , carbonitrides of the formula M (C, N) 1 ± x , their mixtures, and also to the compounds of their solid solutions.

Когда соединения Ti, Zr, Hf, V, Nb и Та формул МN1 ± x, МС1 ± х и М(С, N)1 ± x имеют значения 1±х меньше чем 0,97, они проявляют отличную степень спекания. Кроме того, получены различные материалы из TiN1 ± x, значение 1±х в котором изменяется в широких пределах. Каждый из материалов смешивали с кубическим ВN и спекали при высоких температурах под высоким давлением, чтобы получить керамику горячей прессовки. В результате исследования свойств каждой прессованной керамики было найдено, что во всех случаях плотно сконцентрированная прессованная керамика обладает высокой твердостью, причем постоянная решетки TiN, в прессованной керамике выше, чем постоянная решетки TiN в порошковом материале.When the compounds Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta of the formulas MN 1 ± x , MS 1 ± x and M (C, N) 1 ± x have values 1 ± x less than 0.97, they exhibit an excellent degree of sintering. In addition, various materials were obtained from TiN 1 ± x , the value of 1 ± x in which varies widely. Each of the materials was mixed with cubic BN and sintered at high temperatures under high pressure to obtain hot pressed ceramics. As a result of the study of the properties of each pressed ceramic, it was found that in all cases the densely concentrated pressed ceramic has a high hardness, with the TiN lattice constant in the pressed ceramic being higher than the TiN lattice constant in the powder material.

На фиг. 4 показаны результаты измерения с помощью рентгеноструктурного анализа постоянных решетки TiN в керамиках горячей прессовки, которые получали под давлением 55 кб при различных температурах посредством смешивания 60 об. % порошкового кубического BN, имеющего частицы трех различных размеров, и 40 об. % TiN0,72 (содержание азота 17,4% в TiN), имеющего средний размер частиц 1 мкм. На фиг. 4 светлыми квадратами показана керамика кубического BN при использовании частиц со средним размером 1 мкм, светлыми треугольниками - 3 мкм, а светлыми кружками - 5 мкм. Линией А показаны постоянные решетки керамики из одного TiN0,72, а линией В - постоянная решетки порошкового материала TiN0,72. Постоянная решетки материала TiN0,72 составляла 4,232

Figure 00000001
, в то время как в прессованной керамике кубического BN и TiN0,72 постоянные решетки TiN1 ± x в качестве матрицы для кубического BN были больше и имели более высокое значение, чем максимальное значение для , TiN1 ± xо котором уже сообщалось, как показано на фиг. 5. Причина, из-за которой изменяется постоянная решетки в прессованной керамике по изобретению, может заключаться в следующем: известно, что существует большое количество атомных пустот в Ti и N формулы TiN1 ± x, даже в том случае, если TiN1,0 является стехиометрическим соединением TiN0,72, используемым для получения экспериментальных результатов на фиг. 4, имеет большее количество атомных пустот N, чем Тi, в которых также должны находиться атомные пустоты. На фиг. 4 кривой А показаны постоянные кристаллической решетки прессованных керамик, которые получали спеканием порошкового TiN0,72, не содержащего кубического BN, по давлением 55 кб при различных температурах. В этом случае постоянные решетки TiN также становятся выше, чем в порошковом материале TiN из-за обработки высокой температурой и давлением. В результате чем выше степень атомной пустоты, тем меньше постоянная решетки кристалла. Изменение степени атомной пустоты может происходить из-за движения атомных пустот в пределах кристаллической решетки под воздействием обработки высокими температурами и давлением, посредством чего степень пустоты уменьшается до некоторой величины, определяемой температурой и давлением. О таком явлении уже сообщалось в связи с TiO, имеющем такую же кристаллическую структуру, как и TiN. Можно указать на некоторые особенности, связанные с прессованными керамиками, показанными на фиг. 4.In FIG. Figure 4 shows the results of measurements using x-ray diffraction analysis of the lattice constants of TiN in hot-pressed ceramics, which were obtained under a pressure of 55 kb at various temperatures by mixing 60 vol. % powder cubic BN having particles of three different sizes, and 40 vol. % TiN 0.72 (nitrogen content of 17.4% in TiN) having an average particle size of 1 μm. In FIG. 4 light squares show cubic BN ceramics using particles with an average size of 1 μm, light triangles - 3 μm, and light circles - 5 μm. Line A shows the lattice constants of ceramics from one TiN 0.72 , and line B shows the lattice constant of the powder material TiN 0.72 . The lattice constant of the TiN 0.72 material was 4.232
Figure 00000001
, while in pressed ceramics of cubic BN and TiN 0.72 , the lattice constants TiN 1 ± x as a matrix for cubic BN were larger and had a higher value than the maximum value for TiN 1 ± x , which was already reported as shown in FIG. 5. The reason why the lattice constant in the pressed ceramic according to the invention changes can be as follows: it is known that there are a large number of atomic voids in Ti and N of the formula TiN 1 ± x , even if TiN 1,0 is the stoichiometric compound TiN 0.72 used to obtain the experimental results in FIG. 4 has a larger number of atomic voids N than Ti, in which atomic voids must also be present. In FIG. Figure 4 shows the crystal lattice constants of pressed ceramics, which were obtained by sintering powdered TiN 0.72 , not containing cubic BN, at a pressure of 55 kb at various temperatures. In this case, the TiN lattice constants also become higher than in the TiN powder material due to the treatment with high temperature and pressure. As a result, the higher the degree of atomic void, the lower the lattice constant of the crystal. A change in the degree of atomic void can occur due to the movement of atomic voids within the crystal lattice under the influence of treatment with high temperatures and pressure, whereby the degree of void decreases to a certain value determined by temperature and pressure. Such a phenomenon has already been reported in connection with TiO having the same crystalline structure as TiN. Some features associated with the pressed ceramics shown in FIG. 4.

(1) Каждая точка, нанесенная на фиг. 4, является значением измерения керамики горячей прессовки, которая была плотно сконцентрирована и обладала высокой твердостью. В измеренном диапазоне постоянные решетки TiN в керамиках горячей прессовки по изобретению выше постоянных кристаллической решетки как порошкового материала TiN, так и керамики, состоящей только из TiN. (1) Each dot plotted in FIG. 4 is the measurement value of the hot pressed ceramic, which was densely concentrated and had high hardness. In the measured range, the TiN lattice constants in the hot-pressed ceramics of the invention are higher than the crystal lattice constants of both the TiN powder material and ceramics consisting only of TiN.

(2) Чем выше температура спекания, тем больше постоянная решетки, которая имеет тенденцию достигать постоянного значения. (2) The higher the sintering temperature, the greater the lattice constant, which tends to reach a constant value.

(3) Чем меньше размер частиц используемого порошкового материала кубического ВN, чем больше постоянная решетки при низких температурах. (3) The smaller the particle size of the used cubic BN powder material, the larger the lattice constant at low temperatures.

Эти тенденции можно приписать тому, что во время спекания части, сравнительно обогащенной Ti в порошковом материале TiN1 ± x, образуется TiB или TiB при реакции TiN 1 ± x и BN, который является твердым компонентом прессованной керамики по настоящему изобретению. В то же время N в BN диффундирует в TiN 1 ± x матрицы, заполняя атомные пустоты, сравнительно обедненные N в TiN 1 ± x. Если используют более мелкий порошок кубического ВN, становится больше площадь контакта с порошком TiN 1 ± x, что способствует вышеуказанной реакции при низких температурах. По настоящему изобретению при реакции на поверхностях контакта между частицами TiN 1 ± x и кубического BN, являющегося твердым компонентом, можно получить очень твердую, плотно сконцентрированную прессованную керамику, в которой частицы кубического BN крепко связаны вместе матрицей кристаллов TiN.These trends can be attributed to the fact that during the sintering of a portion relatively rich in Ti in the TiN 1 ± x powder material, TiB or TiB is formed by the reaction of TiN 1 ± x and BN, which is a solid component of the pressed ceramic of the present invention. At the same time, N in BN diffuses in TiN 1 ± x matrices, filling the atomic voids comparatively depleted in N in TiN 1 ± x . If finer cubic BN powder is used, the contact area with TiN powder 1 ± x becomes larger, which contributes to the above reaction at low temperatures. According to the present invention, by reacting on the contact surfaces between particles of TiN 1 ± x and cubic BN, which is a solid component, it is possible to obtain a very hard, densely concentrated pressed ceramic in which particles of cubic BN are firmly bonded together with a matrix of TiN crystals.

Авторы провели последующие эксперименты, используя порошковые материалы TiN 1 ± x с различными значениями (1± х). В результате было найдено, что температурные условия, в которых можно получить плотно сконцентрированную керамику, сдвигаются в сторону более высоких значений по мере того, как значение (1± х) становится больше. Причина может состоять в том, что уменьшается сравнительный избыток Ti, который участвует в реакции с частицами кубического BN, а также степень атомной пустоты N по мере того, как значение (1± x) становится больше. Однако, если спекание осуществляют в устройстве сверхвысокого давления, как в настоящем изобретении, наиболее предпочтительно проводить процесс при более низких температурах, поскольку можно продлить срок службы устройства и уменьшить взаимодействие керамики горячей прессовки с окружающим материалом.The authors conducted subsequent experiments using TiN 1 ± x powder materials with different values (1 ± x). As a result, it was found that the temperature conditions under which densely concentrated ceramics can be obtained shift toward higher values as the value (1 ± x) becomes larger. The reason may be that the comparative excess of Ti, which is involved in the reaction with particles of cubic BN, as well as the degree of atomic void N, decreases as the value (1 ± x) becomes larger. However, if the sintering is carried out in an ultrahigh pressure device, as in the present invention, it is most preferable to carry out the process at lower temperatures, since it is possible to extend the service life of the device and reduce the interaction of the hot pressed ceramic with the surrounding material.

Указанные результаты можно, кроме TiN 1 ± x, применять также к таким связующим соединениям, как ZrN 1 ± x, Ti(C, N) 1 ± x. Были проделаны опыты на карбидах, таких как TiC 1 ± x и ZrC 1 ± x. Например, порошок одного TiC 1 ± x обработали при высоких давлениях и температуре, что не привело к изменению постоянной решетки. Возможно, что карбиды с таким же относительным атомным весом, что и нитриды, обладают меньшей степенью атомной пустоты. Если смесь порошка кубического BN с порошком связующего соединению TiC 1 ± x, который обладает меньшей величиной (1± х) и большей степенью атомной пустоты С, спекают под высоким давлением при высоких температурах, то при реакции BN со сравнительным избытком Ti образуется TiB2, кроме того N и BN диффундируют, заполняя атомные пустоты С в TiC и образуя карбонитрид Ti, т. е. Ti (C, N).The above results can be applied, in addition to TiN 1 ± x , to such binding compounds as ZrN 1 ± x , Ti (C, N) 1 ± x . Experiments were performed on carbides such as TiC 1 ± x and ZrC 1 ± x . For example, TiC 1 ± x powder alone was processed at high pressures and temperatures, which did not lead to a change in the lattice constant. It is possible that carbides with the same relative atomic weight as nitrides have a lower degree of atomic void. If a mixture of cubic BN powder with a binder powder of TiC 1 ± x compound, which has a smaller value (1 ± x) and a greater degree of atomic void C, is sintered at high pressure at high temperatures, then TiN 2 is formed when BN reacts with a comparative excess of Ti. in addition, N and BN diffuse, filling the atomic voids C in TiC and forming Ti carbonitride, i.e., Ti (C, N).

В прессованной керамике используют указанные теплостойкие связующие соединения в качестве матрицы. Если нужно, керамика может содержать металлы, такие как Ni, Co, Fe и Сu, в качестве третьего компонента в матрице в дополнение к указанным теплостойким соединениям, но последние должны быть основным компонентом матрицы. Поэтому металл примешивают в объемном соотношении, меньшем, чем объемное соотношение теплостойких соединений, предпочтительно в пределах 0,1-20 об. % прессованной керамики. Если содержание металла превышает 20 об. % , он уменьшает теплостойкость и износостойкость прессованной керамики и ценные свойства керамики для инструмента будут утрачены. Кроме того, в прессованной керамике по настоящему изобретению могут находиться незначительное количество щелочных металлов, таких как Li, щелочноземельных металлов, таких как Mg, и других металлов таких как Pb, Sn и Cd, в качестве примесных элементов. In pressed ceramics, these heat-resistant binders are used as a matrix. If desired, the ceramic may contain metals, such as Ni, Co, Fe, and Cu, as the third component in the matrix in addition to these heat-resistant compounds, but the latter should be the main component of the matrix. Therefore, the metal is mixed in a volume ratio of less than the volume ratio of heat-resistant compounds, preferably in the range of 0.1-20 vol. % pressed ceramics. If the metal content exceeds 20 vol. %, it reduces the heat resistance and wear resistance of pressed ceramics and the valuable properties of ceramics for the tool will be lost. In addition, a small amount of alkali metals such as Li, alkaline earth metals such as Mg, and other metals such as Pb, Sn and Cd may be present in the pressed ceramics of the present invention as impurity elements.

Кубический BN, используемый в качестве основного материала прессованной керамики по настоящему изобретению, синтезируют до гексагонального нитрида бора под сверхвысокими давлениями. Поэтому возможно, что порошок кубического BN содержит гексагональный нитрид бора в качестве примеси. Более того, возможна реконверсия кубического BN в гексагональный нитрид бора под давлением тепла до того, как связующее соединение проникнет в промежутки между частицами кубического BN, заполняя их, поскольку частицы кубического BN изостатически подвергаются внешнему давлению. В этих случаях нужно порошковый материал прессованной керамики смешать с металлами, являющимися катализаторами гексагонального нитрида бора, чтобы способствовать превращению в кубический BN и препятствовать реконверсии в гексагональный нитрид бора. Cubic BN, used as the main material of the pressed ceramic of the present invention, is synthesized to hexagonal boron nitride under ultrahigh pressures. Therefore, it is possible that the powder of cubic BN contains hexagonal boron nitride as an impurity. Moreover, cubic BN can be converted to hexagonal boron nitride under heat pressure before the binder penetrates into the spaces between the cubic BN particles, filling them, since the cubic BN particles are isostatically exposed to external pressure. In these cases, the pressed ceramic material must be mixed with metals that are catalysts for hexagonal boron nitride in order to facilitate conversion to cubic BN and to prevent conversion to hexagonal boron nitride.

В ходе работы были проведены с катализаторами, в частности с Al и Si, с тем, чтобы подтвердить эффективность. При добавлении Al или Si к связующим соединениям, например к нитридам элементов IVa группы формулы MN 1 ± x, первоначально Al и/или Si смешивают с соединением MN 1 ± x в котором значение (1± x) не превышает 0,97. Смесь нагревают в вакууме или в инертной атмосфере при температурах свыше 600оС, чтобы вызвать реакцию относительного избытка М в МN 1 ± x с Al или Si, посредством чего получают интерметаллические соединения, существующие в некоторых пределах отношения М к Al либо М к Si, фазовой диаграммы, если М является, например Ti, то TiAl3, TiAl и другие. Интерметаллические соединения измельчают в порошок и используют в качестве связующего материала при смешивании с порошком кубического BN, Al и Si, добавленные указанным способом, равномерно диспергируются в матрице и небольшие количества их являются эффективными.In the course of work, they were carried out with catalysts, in particular with Al and Si, in order to confirm the effectiveness. When Al or Si is added to binders, for example to nitrides of elements of group IVa of the formula MN 1 ± x , initially Al and / or Si are mixed with the compound MN 1 ± x in which the value (1 ± x) does not exceed 0.97. The mixture was heated in a vacuum or inert atmosphere at temperatures above 600 ° C to cause a reaction of the relative excess of M in MN 1 ± x with Al or Si, whereby the intermetallic compound existing in a certain range ratio of M to Al or M to Si, phase diagram, if M is, for example, Ti, then TiAl 3 , TiAl and others. Intermetallic compounds are pulverized and used as a binder when mixed with cubic BN, Al and Si, added in this way are uniformly dispersed in the matrix and small amounts are effective.

Другой способ добавления Al или Si, заключается в том, что предварительно получают порошок интерметаллического соединения М-Al и/или M-Si в дополнение к связующему соединению, к которому его и добавляют. Указанную добавку можно также смешать в карбиде связующего соединения или в карбонитриде его. Another way to add Al or Si is to pre-obtain a powder of the intermetallic compound M-Al and / or M-Si in addition to the binder compound to which it is added. The specified additive can also be mixed in a carbide binder compound or in its carbonitride.

Эффективность прессованной керамики, смешанной с Аl или Si, сравнивали с прессованной керамикой без добавки. Обе керамики отшлифовали и исследовали их структуры. Оказалось, что в керамике, содержащей Al или Si, меньшее количество частиц кубического ВN отслаивалось из структуры на плоскости шлифа, что может быть вызвано большей силой сцепления частиц кубического ВN к матрице. Кроме того, обе керамики сравнивали при применении в качестве режущего инструмента. Также было найдено, что прессованная керамика, содержащая Al или Si, превосходит другую как по износостойкости, так и по вязкости. Эффективный диапазон добавляемого Аl или Si составляет примерно 0,1-20 об. % . The effectiveness of pressed ceramics mixed with Al or Si was compared with extruded ceramics without additives. Both ceramics were ground and their structures examined. It turned out that in ceramics containing Al or Si, a smaller amount of cubic BN particles exfoliated from the structure on the thin plane, which could be caused by a greater cohesive force of the cubic BN particles to the matrix. In addition, both ceramics were compared when used as a cutting tool. It has also been found that extruded ceramics containing Al or Si are superior to the other both in terms of wear resistance and viscosity. The effective range of added Al or Si is about 0.1-20 vol. %

Как указано выше, количество кубического BN составляет 10-80 об. % . Если прессованную керамику по настоящему изобретению используют для режущего инструмента, предпочтительно изменить объемное соотношение в соответствии с обрабатываемой деталью, которую предстоит резать. Например, если нужно резать твердую сталь, чугун или т. п. , имеющие твердость свыше HRC (по Роквеллу, шкала С) 45, то предпочтительно брать 30-70 об. % кубического BN. As indicated above, the amount of cubic BN is 10-80 vol. % If the pressed ceramic of the present invention is used for a cutting tool, it is preferable to change the volume ratio in accordance with the workpiece to be cut. For example, if you want to cut solid steel, cast iron or the like, having a hardness above HRC (Rockwell, scale C) 45, then it is preferable to take 30-70 vol. % cubic BN.

На фиг. 6 показано соотношение между объемным содержанием кубического BN и износостойкостью при резке закаленной стали твердостью НRC 60. Средний размер частиц кубического BN в прессованной керамике составляет 3 мкм а в матрицу добавлен Al, который образует интерметаллические соединения Al-Ti. На фиг. 6 сплошным кружком показан результат испытания коммерчески доступной прессованной керамики кубического BN с использованием Со в качестве связующего вещества. In FIG. Figure 6 shows the relationship between the volume content of cubic BN and the wear resistance when cutting hardened steel with hardness HRC 60. The average particle size of cubic BN in pressed ceramics is 3 μm and Al is added to the matrix, which forms Al-Ti intermetallic compounds. In FIG. 6, a solid circle shows the test result of a commercially available extruded cubic BN ceramic using Co as a binder.

Кубический BN обладает более высокой твердостью и стойкостью к истиранию, чем TiN. Поэтому если прессованная керамика содержит максимально возможное количество кубического BN, то ее стойкость к истиранию можно улучшить при использовании прессованной керамики в качестве режущего инструмента для резки закаленной стали и т. п. На практике однако при использовании TiN в качестве связующего соединения, как показано на фиг. 6 прессованная керамика, содержащая 60 об. % кубического BN, обладает самой высокой износостойкостью, а в диапазоне свыше 60 об. % износостойкость прессованной керамики уменьшается. Cubic BN has higher hardness and abrasion resistance than TiN. Therefore, if pressed ceramic contains the maximum possible amount of cubic BN, then its abrasion resistance can be improved by using pressed ceramic as a cutting tool for cutting hardened steel, etc. In practice, however, when using TiN as a binder, as shown in FIG. . 6 pressed ceramics containing 60 vol. % cubic BN, has the highest wear resistance, and in the range of over 60 vol. % wear resistance of pressed ceramics is reduced.

Износ режущей кромки при практической резке обычно разделяют на абразивный износ и химический износ, такой как адгезионный износ и диффузионный износ между режущим инструментом и обрабатываемой деталью, либо окислительный износ режущего инструмента. Абразивному износу кубический BN противостоит лучше всего, как указано выше, но и химическому износу лучше противостоят нитриды, карбиды и карбонитриды Ti, Zr, Hf и других металлов, используемые в данном изобретении. Поэтому при использовании прессованной керамики в режущем инструменте может быть оптимальный диапазон состава по отношению к износостойкости, которая вызвана как абразивным, так и химическим износами. Прессованная керамика, содержащая кубический BN примерно 60 об. % , обладает намного большей износостойкостью, чем известная прессованная керамика кубического BN, матрица которой состоит в основном из Со, а объем кубического BN составляет примерно 85 об. % . Прессованная керамика содержащая меньше 20 об. % кубического BN, имеет износостойкость существенно такую же, как у известной прессованной керамики кубического BN. Wear of a cutting edge during practical cutting is usually divided into abrasive wear and chemical wear, such as adhesive wear and diffusion wear between the cutting tool and the workpiece, or oxidative wear of the cutting tool. Cubic BN resists abrasion best of all, as described above, but nitrides, carbides and carbonitrides of Ti, Zr, Hf and other metals used in this invention are also the most resistant to chemical abrasion. Therefore, when using pressed ceramics in a cutting tool, there may be an optimal composition range with respect to wear resistance, which is caused by both abrasive and chemical wear. Pressed ceramics containing cubic BN of approximately 60 vol. %, has much greater wear resistance than the known pressed ceramic of cubic BN, the matrix of which consists mainly of Co, and the volume of cubic BN is about 85 vol. % Pressed ceramics containing less than 20 vol. % cubic BN, has a wear resistance substantially the same as that of the known pressed ceramic cubic BN.

На фиг. 7 показана износостойкость керамики горячей прессовки по изобретению, которая содержит постоянную объемную долю кубического BN 60 об. % , в зависимости от размера частиц кубического ВN. Использовали ту же самую обрабатываемую деталь, что и в фиг. 6. Можно видеть, что чем меньше средний размер частиц кубического BN, тем меньше ширина износа. Размер частиц кубического BN влияет не только на износостойкость, но также и на частоту обрабатываемой поверхности. При резании обрабатываемой детали, такой как заказанная сталь, предварительно обработанная шлифовкой, возникает проблема шороховатости обработанной поверхности. Согласно опыта было найдено, что не возникает проблем в практическом использовании ни в отношении износостойкости, ни шероховатости обработанной поверхности, если средний размер частиц не превышает 10 мкм. In FIG. 7 shows the wear resistance of the hot pressed ceramic of the invention, which contains a constant volume fraction of cubic BN 60 vol. %, depending on the particle size of the cubic BN. The same workpiece was used as in FIG. 6. You can see that the smaller the average particle size of the cubic BN, the smaller the width of the wear. The particle size of the cubic BN affects not only the wear resistance, but also the frequency of the treated surface. When cutting a workpiece, such as ordered steel, pre-treated by grinding, there is a problem of the roughness of the processed surface. According to experience, it was found that there are no problems in practical use in terms of wear resistance or roughness of the treated surface, if the average particle size does not exceed 10 microns.

С другой стороны, при резке более мягкой стали или детали из чугуна, имеющего твердость ниже HRC 45, прессованная керамика, содержащая кубического BN меньше 40 об. % , может обладать нужными свойствами. В этом случае прессованную керамику можно получать при меньших затратах и в условиях сравнительно низких давлений при спекании в устройстве сверхвысокого давления. Кроме того, можно улучшить шероховатость обработанной поверхности. Ввиду этих преимуществ в этом случае прессованная керамика с меньшим объемным содержанием кубического BN может оказаться наилучшей. On the other hand, when cutting softer steel or cast iron parts having a hardness below HRC 45, pressed ceramics containing cubic BN less than 40 vol. % may have the desired properties. In this case, pressed ceramics can be obtained at lower cost and under relatively low pressures during sintering in an ultrahigh pressure device. In addition, the surface roughness can be improved. Due to these advantages, in this case, pressed ceramics with a lower volume content of cubic BN may be the best.

При режущем использовании прессованной керамики по изобретению прессованную керамику, содержащую кубический BN и теплостойкое связующее вещество, можно припаять твердым припоем к стальной основе инструмента или к игле с отрезанным рабочим концом режущего инструмента. Кубический BN сам по себе обладает плохой адгезией или смачиваемостью к обычному серебряному или медному припоям. Поэтому чем больше объем кубического BN в прессованной керамике, тем труднее ее припаять. When cutting using pressed ceramics according to the invention, pressed ceramics containing cubic BN and a heat-resistant binder can be brazed to the steel base of the tool or to a needle with a cut working end of the cutting tool. Cubic BN itself has poor adhesion or wettability to ordinary silver or copper solders. Therefore, the greater the volume of cubic BN in the pressed ceramic, the more difficult it is to solder.

В прессованной керамике объем кубического BN составляет больше 10 и меньше 80 об. % . Кроме того, связующее вещество состоит в основном из карбида, нитрида, карбонитрида, борида и силицида металлов групп IVa, Va и VIa Периодической таблицы, которые образуют непрерывную матрицу в структуре прессованной керамики. Эта матрица обладает лучшей смачиваемостью к серебряному или медному припоям. Поэтому прессованную керамику по изобретению можно паять обычным способом. Однако при использовании прессованной керамики по изобретению для режущего инструмента достаточно, чтобы твердый и износостойкий слой, содержащий кубический ВN, образовывал единственную режущую кромку инструмента. Наиболее предпочтительно получать сложную керамику, содержащую твердый слой кубического BN и сцементированную карбидную подложку, составляющую одно целое с первым слоем, учитывая стоимость и прочность инструмента. Толщину твердого слоя в сложной прессованной керамике можно изменять в зависимости от условий эксплуатации режущего инструмента так же, как и ее форму, чтобы удовлетворить условиям работы, но обычно она не меньше 0,5 мм, что достаточно для достижения цели настоящего изобретения. The volume of cubic BN in pressed ceramics is more than 10 and less than 80 vol. % In addition, the binder consists mainly of carbide, nitride, carbonitride, boride and silicide of metals of groups IVa, Va and VIa of the Periodic Table, which form a continuous matrix in the structure of pressed ceramics. This matrix has better wettability to silver or copper solders. Therefore, the pressed ceramics of the invention can be brazed in the usual way. However, when using the pressed ceramics of the invention for a cutting tool, it is sufficient that a hard and abrasion resistant layer containing cubic BN forms a single cutting edge of the tool. It is most preferable to obtain complex ceramics containing a solid layer of cubic BN and a cemented carbide substrate that is integral with the first layer, taking into account the cost and strength of the tool. The thickness of the solid layer in complex pressed ceramics can be changed depending on the operating conditions of the cutting tool as well as its shape to suit the working conditions, but usually it is not less than 0.5 mm, which is sufficient to achieve the purpose of the present invention.

Для цементирующего карбида, используемого в качестве подложки, наиболее предпочтителен цементирующий WС, поскольку он обладает высокой твердостью, теплопроводностью и вязкостью. For cementing carbide used as a substrate, cementing WC is most preferred since it has high hardness, thermal conductivity and viscosity.

Способ получения сложной прессованной керамики заключается в следующем. Предварительно получают подложку сплава подходящей формы из цементированного карбида. Порошковую смесь или необожженную прессовку из теплостойкого связующего соединения и порошка кубического BN, предназначенную для получения твердого слоя для эффективной режущей кромки, помещают на подложку. Заготовку подвергают горячей прессовке с помощью пресса сверхвысокого давления для спекания твердого слоя и одновременного соединения с подложкой из цементированного карбида. В это время связующий металл, такой как Со, содержащийся в цементированной карбидной подложке, растворяется при высоких температурах, превышающих точку появления жидкой фазы, во время горячей прессовки. Если количество кубического BN в материале для получения твердого слоя превышает пределы его содержания в прессованной керамике по настоящему изобретению, например если почти весь материал состоит из кубического BN, то жидкая фаза цементированной карбидной подложки проникает в промежутки между частицами кубического BN, но поскольку частицы кубического BN обладают высокой жесткостью и их трудно деформировать даже под сверхвысоким давлением, то зазоры все же остаются. Прессованная керамика имеет матрицу, состоящую главным образом из карбида, нитрида, карбонитрида, борида и силицида металлов групп IVa, Va и VIa, которые образуют непрерывную матрицу в прессованной керамике. Эти связующие соединения обладают меньшей жесткостью, чем кубический BN, и их легко деформировать под сверхвысоким давлением, чтобы получить плотно упакованное порошковое тело до появления жидкой фазы. В результате в прессованной керамике не происходит какого-либо проникновения жидкой фазы цементированной карбидной подложки во время горячей прессовки под сверхвысоким давлением, которая может вызвать изменение состава твердого слоя или уменьшение его теплостойкости. Далее, как можно понять из того факта, что карбиды, нитриды и карбонитриды металлов групп IVa, Va и VIa, выбранные в качестве особенно предпочтительных связующих материалов, используют в качестве твердых, теплостойких компонент в известных цементированных карбидах или керамиках, указанные металлы групп IVa, Va и VIa обладают высоким сродством к металлам группы железа, таким как Со, используемым в качестве связующих металлов цементированных карбидов. Прессованная керамика по изобретению обладает сильной адгезией к цементированной карбидной подложке на границе раздела, поэтому эти связующие соединения, такие как TiN, образуют непрерывную матрицу в прессованной керамике. The method of obtaining complex pressed ceramics is as follows. Preliminarily, a substrate of an alloy of suitable form of cemented carbide is obtained. A powder mixture or an unbaked compact of a heat-resistant binder compound and cubic BN powder, intended to obtain a solid layer for an effective cutting edge, is placed on a substrate. The billet is hot pressed using an ultra-high pressure press to sinter the solid layer and simultaneously join with the cemented carbide substrate. At this time, a binder metal such as Co contained in the cemented carbide substrate dissolves at high temperatures above the point of occurrence of the liquid phase during hot pressing. If the amount of cubic BN in the material for producing the solid layer exceeds the limits of its content in the pressed ceramics of the present invention, for example, if almost all of the material consists of cubic BN, then the liquid phase of the cemented carbide substrate penetrates the spaces between the particles of cubic BN, but since the particles are cubic BN possess high rigidity and it is difficult to deform even under ultrahigh pressure, then gaps still remain. The pressed ceramic has a matrix consisting mainly of carbide, nitride, carbonitride, boride and silicide of metals of groups IVa, Va and VIa, which form a continuous matrix in the pressed ceramic. These binder compounds have lower stiffness than cubic BN, and they can easily be deformed under ultra-high pressure to obtain a densely packed powder body until the liquid phase appears. As a result, any penetration of the liquid phase of the cemented carbide substrate during hot pressing under ultrahigh pressure does not occur in pressed ceramics, which can cause a change in the composition of the solid layer or a decrease in its heat resistance. Further, as can be understood from the fact that carbides, nitrides and carbonitrides of metals of groups IVa, Va and VIa, selected as particularly preferred binders, are used as solid, heat-resistant components in known cemented carbides or ceramics, said metals of groups IVa, Va and VIa have a high affinity for iron group metals, such as Co, used as cemented carbide binder metals. The pressed ceramics according to the invention have strong adhesion to the cemented carbide substrate at the interface, therefore these bonding compounds, such as TiN, form a continuous matrix in the pressed ceramics.

Изобретение относится в основном к кубическому BN. Однако форма высокого давления нитрида бора включает не только кубическую форму BN, но также и ранее указанную вюрцитную форму BN, к которой также применимо настоящее изобретение. The invention relates generally to cubic BN. However, the high pressure boron nitride form includes not only the cubic form of BN, but also the previously indicated wurtzite form of BN, to which the present invention also applies.

Вюртцитный нитрид бора получается из гексагонального нитрида бора в динамическом способе создания сверхвысокого давления с помощью ударных волн. Этот способ обладает тем преимуществом, что можно получить материал с меньшими затратами по сравнению с кубическим BN, который получают с помощью устройства статического сверхвысокого давления. В способе синтеза ударными волнами высокие давления и температуры удерживаются в течение более коротких времен. В результате ограничено время роста кристаллов, размер частиц полученного таким образом вюртцитного BN обычно составляет меньше 10 мкм. Кроме того, частицы имеют усложненную форму с множеством тонких выступов и углублений на поверхности, что приводит к большей площади поверхности. Поэтому даже после предварительной обезгаживающей тепловой обработки они удерживают много газообразных компонентов, ухудшающих свойства прессованной керамики. Wurtzitic boron nitride is obtained from hexagonal boron nitride in a dynamic way of creating ultrahigh pressure using shock waves. This method has the advantage that it is possible to obtain material at lower cost compared to cubic BN, which is obtained using a static ultra-high pressure device. In the method of synthesis by shock waves, high pressures and temperatures are held for shorter times. As a result, the crystal growth time is limited; the particle size of the thus obtained wurtzit BN is usually less than 10 μm. In addition, the particles have a complicated shape with many thin protrusions and recesses on the surface, which leads to a larger surface area. Therefore, even after preliminary degassing heat treatment, they retain many gaseous components that degrade the properties of pressed ceramics.

В силу того, что вюртцитный BN, используемый в качестве материала прессованной керамики, получают из гексагонального нитрида бора с помощью ударных волн, гексагональный нитрид бора может присутствовать в виде примеси в порошке вюртцитного BN. Кроме того, при спекании под сверхвысоким давлением вюртцитный BN может повторно превращаться в гексагональный нитрид бора под воздействием тепла, поскольку частицы вюртцитного BN изостатически не подвергаются давлению до того, как связующие соединения проникнут в промежутки между частицами вюртцитного BN. В этих условиях если добавляют Al, Si и другие каталитические металлы, то они хорошо предотвращают реконверсию вюртцитного BN и способствуют конверсии оставшегося гексагонального нитрида бора. Due to the fact that wurtzit BN used as a pressed ceramic material is obtained from hexagonal boron nitride using shock waves, hexagonal boron nitride may be present as an impurity in wurtzit BN powder. In addition, when sintering under ultrahigh pressure, wurtzitic BN can be re-converted to hexagonal boron nitride under the influence of heat, since the particles of wurtzitic BN are not subjected to isostatic pressure before the bonding compounds penetrate the spaces between the particles of wurtzitic BN. Under these conditions, if Al, Si and other catalytic metals are added, they well prevent the conversion of wurtzite BN and contribute to the conversion of the remaining hexagonal boron nitride.

На фиг. 8 линией В - В' показана метастабильная зона вюртцитного BN. Известно, что вюртцитный BN может трансформироваться в кубический BN под давлением и при температурах в пределах, определенных линиями В-В' и А-А'. При получении прессованной керамики часть или весь вюртцитный BN можно трансформировать в кубический BN посредством спекания в условиях указанного диапазона. В это время также эффективно добавлять указанные катализаторные металлы. Кроме того, смесь порошков вюртцитного и кубического BN можно использовать в качестве материала для получения прессованной керамики по изобретению. In FIG. 8, line B - B 'shows the metastable zone of Wurtzit BN. It is known that wurtzite BN can transform into cubic BN under pressure and at temperatures within the limits defined by lines B-B 'and A-A'. Upon receipt of the pressed ceramic, part or all of the wurtzit BN can be transformed into cubic BN by sintering under the conditions of the specified range. At this time, it is also effective to add said catalyst metals. In addition, a mixture of powders of wurtzite and cubic BN can be used as a material for producing pressed ceramics according to the invention.

Керамика горячей прессовки обладает высокими твердостью, вязкостью, теплостойкостью и износостойкостью, ее можно использовать в различных инструментах, таких как волочильная доска для волочения проволоки, обдирочный штамп, буровая коронка или в других аналогичных инструментах, отличных от режущего инструмента. Hot pressing ceramics have high hardness, toughness, heat resistance and wear resistance, it can be used in various tools, such as wire drawing boards, peeling stamps, drill bits or other similar tools other than cutting tools.

Настоящее изобретение поясняется следующими примерами. The present invention is illustrated by the following examples.

П р и м е р 1. Смесь порошка кубического BN со средним размером частиц 7 мкм и одного из связующих соединений, перечисленных в табл. 1, в объемном соотношении 60: 40 поместили в молибденовую капсулу и отформовали в необожженную прессовку при условиях, перечисленных в табл. 1. PRI me R 1. A mixture of powder cubic BN with an average particle size of 7 μm and one of the binder compounds listed in the table. 1, in a volume ratio of 60: 40, was placed in a molybdenum capsule and formed into an unfired compact under the conditions listed in the table. 1.

Наблюдение структуры спеченной прессовки, полированной алмазной пастой, а также результаты рентгеноструктурного анализа матрицы связующего материала показали, что образец 8 содержал TiN в качестве основного компонента и весьма вероятно небольшие количества Ti2AlN, TiAl и TiAl3, в то время как образец 9 содержал небольшую долю TiNi или соединения TiNi, диспергированных в матрице в дополнение к TiN. Кроме того, было отмечено, что матрица образца 10 содержала TiC и металлический никель. Аналогично было найдено, что матрица образца N содержит TiFl и TiFl2 наряду с TiN. Матрица образца 12 содержит TiCl и Ti2Cu наряду с TiN. Матрица образца 13 содержала TiN, TiSi2 и TiSi.Observation of the structure of the sintered compact, polished with diamond paste, as well as the results of X-ray diffraction analysis of the matrix of the binder material showed that sample 8 contained TiN as the main component and very likely small amounts of Ti 2 AlN, TiAl and TiAl 3 , while sample 9 contained a small the proportion of TiNi or TiNi compounds dispersed in the matrix in addition to TiN. In addition, it was noted that the matrix of sample 10 contained TiC and metallic nickel. Similarly, it was found that the matrix of sample N contains TiFl and TiFl 2 along with TiN. The matrix of sample 12 contains TiCl and Ti 2 Cu along with TiN. The matrix of sample 13 contained TiN, TiSi 2 and TiSi.

П р и м е р 2. Порошок TiN0,73 со средним размером частиц 1 мкм перемешали с порошком алюминия со средним размером частиц 30 мкм при весовом соотношении 90: 10 с помощью смесителя. Порошковую смесь отформовали в необожженную прессовку в виде гранулы под давлением 1 т/см2, нагрели и поддерживали при 1000оС в течение 30 мин в вакуумной печи. Полученную спеченную прессовку раздробили в порошок. При рентгеноструктурном анализе порошка получили пики, которые можно приписать TiAl3, TiAl и Ti2AlN наряду с пиками Ti, но металлический алюминий не был обнаружен.PRI me R 2. Powder TiN 0.73 with an average particle size of 1 μm was mixed with aluminum powder with an average particle size of 30 μm with a weight ratio of 90: 10 using a mixer. The powder mixture was molded in the form of granules in the green compact under a pressure of 1 t / cm 2, was heated and maintained at 1000 C for 30 minutes in a vacuum oven. The resulting sintered compact was crushed into powder. By X-ray powder analysis, peaks were obtained that can be attributed to TiAl 3 , TiAl and Ti 2 AlN along with Ti peaks, but no metallic aluminum was detected.

Указанный порошок TiN, содержащий соединения алюминия, и порошок кубического BN со средним размером частиц 7 мкм смешивали вместе в объемном соотношении 40: 60. Получили необожженную прессовку в молибденовой капсуле и подвергли спеканию в керамику горячей прессовки с внешним диаметром 7 мм и высотой 3,5 мм. The specified TiN powder containing aluminum compounds and cubic BN powder with an average particle size of 7 μm were mixed together in a 40: 60 volume ratio. An unbaked compact was obtained in a molybdenum capsule and sintered into hot pressed ceramic with an outer diameter of 7 mm and a height of 3.5 mm

Керамику горячей прессовки отформовали в волочильную доску с отверстием диаметром 1 мм таким же образом, как готовят волочильную доску из алмаза. Для сравнения изготовили две обычные волочильные доски такой же формы, как и указанная: одну из продаваемого цементированного карбида, другую из алмазного спеченного порошка, который приготовили из алмазного порошка, связанного металлическим кобальтом. С помощью этих штампов вытягивали вольфрамовые проволоки из вольфрама, предварительно нагретого примерно до 800оС. Штамп согласно изобретению смог протянуть 3 т, в то время как штамп из продаваемого цементированного карбида износился после волочения 200 кг вольфрама, а штамп из спеченного алмазного порошка износился после волочения 1 т вольфрама.Hot pressed ceramics were molded into a drawing board with a hole of 1 mm diameter in the same way that a drawing board was prepared from diamond. For comparison, we made two ordinary drawing boards of the same shape as indicated: one of the sold cemented carbide, the other of sintered diamond powder, which was prepared from diamond powder bonded with metallic cobalt. With these dies pulled tungsten wire of tungsten, preheated to about 800 ° C. The stamp according to the invention could extend to 3 tons, whereas the stamp from cemented carbide sold worn after drawing 200 kg tungsten, and stamp of sintered diamond powder worn after drawing 1 t of tungsten.

П р и м е р 3. Порошок Ti (C0,4, N0,4)0,8 cо средним размером частиц 1 мкм смешали с алюминиевым порошком со средним размером частиц 30 мкм при весовом соотношении 98: 2, чтобы получить порошковую смесь Ti (C, N), содержащую соединения алюминия, таким же образом, как в примере 2. Порошковую смесь затем смешали с порошком кубического BN со средним размером частиц 4 мкм при объемном соотношении 65: 35. Керамику горячей прессовки по изобретению получили из указанной смеси при давлении 50 кб и температуре спекания 1150оС.PRI me R 3. Powder Ti (C 0.4 , N 0.4 ) 0.8 with an average particle size of 1 μm was mixed with aluminum powder with an average particle size of 30 μm at a weight ratio of 98: 2 to obtain a powder a Ti (C, N) mixture containing aluminum compounds in the same manner as in Example 2. The powder mixture was then mixed with cubic BN powder with an average particle size of 4 μm at a volume ratio of 65: 35. The hot-pressed ceramic of the invention was obtained from said mixture at a pressure of 50 kb and a sintering temperature of 1150 about C.

Режущий инструмент изготовили из керамики горячей прессовки и провели испытания резания по резанию термообработанной стали JIS SCr3, имеющей форму, указанную на фиг. 9, где А составляло 32 мм в диаметре, В и С - 12 мм, а длина - 196 мм соответственно, причем направление резания показано стрелкой. При условиях: скорость резания 60 м/мин глубина резания 0,15 мм и подача 0,12 мм на оборот. Испытания показали, что режущий инструмент все еще можно было использовать после проточки 20 стальных заготовок. Для сравнения таким же образом, как указано выше, испытали продаваемый режущий инструмент, изготовленный из керамики горячей прессовки кубического BN, связанного металлическим кобальтом, и оказалось, что режущая кромка обломалась даже при резании только одной заготовки.The cutting tool was made of hot pressed ceramic and the cutting tests were carried out to cut the heat-treated steel JIS SCr 3 having the shape indicated in FIG. 9, where A was 32 mm in diameter, B and C were 12 mm, and the length was 196 mm, respectively, with the cutting direction shown by the arrow. Under conditions: a cutting speed of 60 m / min, a cutting depth of 0.15 mm and a feed of 0.12 mm per revolution. Tests have shown that the cutting tool could still be used after turning 20 steel workpieces. For comparison, in the same manner as described above, we tested a sold cutting tool made of hot pressed ceramic of cubic BN bonded with cobalt metal, and it turned out that the cutting edge broke off even when cutting only one workpiece.

П р и м е р 4. Порошок TiN0,73 cо средним размером частиц 1 мкм, измельченный с помощью шаровой мельницы, содержащей шары из твердого металла, смешали в смесителе с алюминиевым порошком со средним размером частиц 30 мкм при весовом соотношении 90: 10, а затем отформовали в необожженную прессовку в виде таблетки под давлением 1 т/см2. Эту заготовку затем нагревали при 1000оС в течение 30 мин в вакуумной печи, чтобы получить керамику горячей прессовки по изобретению. Керамику горячей прессовки раздробили в порошок для рентгеноструктурного анализа, в результате которого получили пики, которые можно приписать TiAl2, TiAl и Ti2AlN наряду с пиками, вызванными TiN, но не было пиков, которые можно было бы приписать металлическую алюминию.PRI me R 4. Powder TiN 0.73 with an average particle size of 1 μm, crushed using a ball mill containing balls of solid metal, was mixed in a mixer with aluminum powder with an average particle size of 30 μm with a weight ratio of 90: 10 and then molded into an unfired compact in the form of a tablet under a pressure of 1 t / cm 2 . This preform was then heated at 1000 C for 30 minutes in a vacuum oven to obtain a ceramic hot pressing according to the invention. The hot pressed ceramics were crushed into powder for X-ray diffraction analysis, resulting in peaks that could be attributed to TiAl 2 , TiAl and Ti 2 AlN along with peaks caused by TiN, but there were no peaks that could be attributed to aluminum metal.

Указанный порошок TiN, содержащий соединения алюминия, смешали с порошком кубического BN со средним размером частиц 3 мкм в различных соотношениях, приведенных в табл. 2. The specified TiN powder containing aluminum compounds was mixed with cubic BN powder with an average particle size of 3 μm in various ratios, are given in table. 2.

К порошковой смеси добавили камфоры в количестве 2 мас. % в расчете на полный вес смеси и отформовали необожженную прессовку наружным диаметром 10 мм и высотой 1,5 мм. Необожженную прессовку поместили в капсулу из нержавеющей стали и нагревали при 1100оС в течение 20 мин под пониженным давлением 10-4 мм рт. ст. для его обезгаживания в вакуумной печи. Капсулу поместили в аппарат сверхвысокого давления кольцевого типа, используя мирофиллит в качестве прессовальной среды, а графитовую трубу в качестве нагревателя, причем промежуток между образцом и нагревателем заполнили хлористым натрием. Сначала давление подняли до 55 кб, затем повысили температуру до 1100оС. После выдерживания температуры в течение 20 мин температуру понизили и постепенно убрали давление, посредством чего получили керамику горячей прессовки по изобретению с наружным диаметром примерно 10 мм и высотой примерно 1 мм.Camphor was added to the powder mixture in an amount of 2 wt. % based on the total weight of the mixture and molded unfired pressing with an outer diameter of 10 mm and a height of 1.5 mm The green compact was placed in a stainless steel capsule, and heated at 1100 C for 20 minutes under reduced pressure of 10 -4 mm Hg. Art. for its degassing in a vacuum oven. The capsule was placed in a ring-type ultra-high pressure apparatus, using myrophyllite as a compression medium, and a graphite tube as a heater, and the gap between the sample and the heater was filled with sodium chloride. First, the pressure was raised to 55 kb, the temperature was then increased to 1100 C. After keeping the temperature for 20 minutes, the temperature dropped and the pressure is gradually removed, whereby hot pressing ceramics obtained according to the invention with an outer diameter of about 10 mm and a height of about 1 mm.

Керамику горячей прессовки сошлифовали алмазным камнеобрабатывающим кругом с тем, чтобы получить плоскость, и вырезали рабочий конец режущего инструмента с помощью алмазного резака. Рабочий конец режущего инструмента припаяли твердым припоем к стальной основе, получив режущий инструмент согласно настоящему изобретению. Для сравнения изготовили два обычных режущих инструмента: один из продаваемой керамики горячей прессовки из порошка кубического BN со средним размером частиц 3 мкм, связанного металлическим кобальтом, а другой из цементированного карбида JIS КО1, причем оба инструмента имеют такую же форму, как и инструмент по изобретению. The hot pressed ceramics were ground with a diamond stone-grinding wheel in order to obtain a plane, and the working end of the cutting tool was cut with a diamond cutter. The working end of the cutting tool was brazed to a steel base, obtaining a cutting tool according to the present invention. For comparison, two conventional cutting tools were made: one of the commercial hot pressed ceramic made of cubic BN powder with an average particle size of 3 μm bound by cobalt metal, and the other of cemented carbide JIS KO1, both tools having the same shape as the tool of the invention .

Испытания резания производили на этих режущих инструментах при условиях: скорость резания 150 м/мин, глубина резания 0,2 мм и подача 0,12 мм/об. В качестве испытуемой обрабатываемой детали использовали закаленную сталь SNCM9 c твердостью HRC 60. Время, необходимое для того, чтобы ширина износа выступающей поверхности каждого режущего инструмента достигла 0,1 мм, показано на фиг. 6. Наглядно видно, что режущий инструмент из керамики горячей прессовки по изобретению имеет вдвое больший срок службы, чем обычный инструмент из продаваемой керамики горячей прессовки, полученной из порошка кубического BN, связанного металлическим кобальтом. Cutting tests were carried out on these cutting tools under conditions: cutting speed of 150 m / min, cutting depth of 0.2 mm and a feed of 0.12 mm / rev. As a test workpiece, we used hardened steel SNCM9 with a hardness of HRC 60. The time required for the wear width of the protruding surface of each cutting tool to reach 0.1 mm is shown in FIG. 6. It can be clearly seen that the cutting tool made of hot pressed ceramic according to the invention has a twice longer service life than a conventional tool made from sold ceramic hot pressed obtained from cubic BN powder bonded with cobalt metal.

П р и м е р 5. Такой же порошок кубического BN и такой же порошок TiN, содержащий соединения алюминия, как и порошки, описанные в примере 4, смешивали, получив необожженную прессовку в форме гранулы с наружным диаметром 10 мм и толщиной 1,5 мм. Отдельно отформовали дисковую подложку, которая состояла из цементированного карбида WC-6% Со и имела наружный диаметр 10 мм и толщину 3 мм. Example 5. The same cubic BN powder and the same TiN powder containing aluminum compounds as the powders described in Example 4 were mixed to obtain an unburned pellet-shaped compact with an outer diameter of 10 mm and a thickness of 1.5 mm A disc substrate was separately formed, which consisted of cemented WC-6% Co carbide and had an outer diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm.

Подложку поместили в капсулу из нержавеющей стали, а на подложку положили указанную гранулу. Капсулу обезгазили в вакууме таким же образом, как и в примере 4. После обезгаживания необожженную прессовку с подложкой подвергли горячей прессовке при 1100оС под давлением 55 кб в течение 20 мин с помощью аппарата сверхвысокого давления, чтобы получить сложную керамику горячей прессовки по изобретению. В полученной таким образом сложной керамике горячей прессовки слой керамики горячей прессовки, содержащий кубический BN, и имеющий наружный диаметр примерно 10 мм и толщину 1,5 мм, был крепко связан с подложкой цементированного карбида WC-6% Со.The substrate was placed in a stainless steel capsule, and the indicated granule was placed on the substrate. Capsule obezgazili in vacuo in the same manner as in Example 4. After degassing the green compact to the substrate subjected to hot pressing at 1100 ° C under a pressure of 55 kb for 20 min using a ultrahigh pressure apparatus, to obtain a complex ceramic hot pressing according to the invention. In the composite hot pressing ceramic thus obtained, the hot pressing ceramic layer containing cubic BN and having an outer diameter of about 10 mm and a thickness of 1.5 mm was tightly bonded to the cemented carbide substrate WC-6% Co.

Сложную керамику горячей прессовки сошлифовали алмазным камнеобрабатывающим диском, чтобы получить рабочий конец режущего инструмента в виде диска, который прикрепили к стальной основе. Круглая отбеленная отливка из JIS HRC 56 с наружным диаметром и шириной соответственно 735 и 650 мм была выбрана в качестве обрабатываемой детали для испытания резания. Для сравнения проводили другое испытание резания на трех рабочих концах режущего инструмента: причем первый из продаваемой керамики горячей прессовки кубического BN, связанного металлическим кобальтом, второй из керамики Al2O3, содержащей TiС, а третий из цементированного карбида соответствующего JIS КО1. Условия резания подобрали для каждого отдельного режущего инструмента так, чтобы они подходили для инструмента, как приведено в табл. 3 вместе с результатами испытания. Рабочий конец из сложной керамики горячей прессовки по настоящему изобретению не ломался и показал производительность в 50 раз более высокую, чем рабочий конец из цементированного карбида КО1.The complex hot pressed ceramics were ground with a diamond stone disc to obtain the working end of the cutting tool in the form of a disc that was attached to a steel base. A round bleached casting of JIS HRC 56 with an outer diameter and width of 735 and 650 mm, respectively, was selected as the workpiece for the cutting test. For comparison, we performed another cutting test at the three working ends of the cutting tool: the first of the best-selling cubic BN hot pressed ceramics bonded with metallic cobalt, the second of Al 2 O 3 ceramics containing TiС, and the third of cemented carbide corresponding to JIS KO1. The cutting conditions were selected for each individual cutting tool so that they are suitable for the tool, as shown in table. 3 along with test results. The working end of the complex hot-pressed ceramic of the present invention did not break and showed a productivity 50 times higher than the working end of cemented carbide KO1.

П р и м е р 6. Используя порошок вюртцитного BN со средним размером частиц менее 34 мкм, полученный методом ударной волны, получили порошковые смеси, состав которых приведен в табл. 4. PRI me R 6. Using powder wurtzitny BN with an average particle size of less than 34 microns, obtained by the method of the shock wave, we obtained powder mixtures, the composition of which is given in table. 4.

Связующее соединение, используемое в этом примере, получили таким образом, что сначала смесь порошка TiN0,72 и порошка либо алюминия, либо пиколя или меди отформовали в необожженную прессовку, которую затем нагревали до температуры в пределах от 1000 до 1200оС в вакууме для того, чтобы TiN мог прореагировать с металлом с образованием интерметаллических соединений, таких как TiAl3, TiAl, TiCu, TiNi, TiNi2и других соединений, а потом размололи или раздробили в порошок.The binder compound used in this example, received so that the first powder mixture TiN 0,72 powder and either aluminum or copper picolyl or molded into the green compact which is then heated to a temperature ranging from 1000 to 1200 ° C in vacuo for so that TiN can react with the metal to form intermetallic compounds such as TiAl 3 , TiAl, TiCu, TiNi, TiNi 2 and other compounds, and then ground or crushed into powder.

Связующее соединение смешали с порошком вюртцитного BN, получив необожженную прессовку, которую герметизировали в капсуле из нержавеющей стали. Капсулу подвергали спеканию при 1100оС в течение 20 мин по давлением 50 кб, чтобы получить керамику горячей прессовки с плотной структурой согласно настоящему изобретению. Постоянные кристаллических решеток TiN в порошке TiN0,72 и в керамиках горячей прессовки приведены в табл. 4.The binder compound was mixed with Wurtzit BN powder to form an unfired compact, which was sealed in a stainless steel capsule. Capsule were sintered at 1100 C for 20 minutes at a pressure of 50 kb to receive hot pressing ceramics with dense structure according to the present invention. The lattice constants of TiN in TiN powder 0.72 and in hot pressed ceramics are given in Table. 4.

Claims (2)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИКИ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий смешивание порошков нитрида бора плотных модификаций, тугоплавкого соединения из группы карбидов, нитридов, боридов и карбонитридов переходного металла из группы: Ti, Zr, Hf, Nb, V, Ta и металлического компонента с последующим формованием и горячим прессованием в условиях стабильности кубического нитрида бора при температуре выше 700oС и давлении более 20 Кбар, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости материала за счет получения структуры, в которой указанное тугоплавкое соединение образует непрерывную матрицу с распределенными в ней кристаллами нитрида бора, предварительно спекают 10 - 89,9 об. % порошка тугоплавкого соединения с 0,1 - 20 об. % порошка металлического компонента - кремния и/или алюминия, спек измельчают и смешивают с нитридом бора с размером частиц ≅ 7 мкм при следующем соотношении компонентов, об. % : BN плотных модификаций с размером частиц ≅ 7 мкм - 10 - 80, указанный измельченный спек - 20 - 90, после чего смесь формуют.1. METHOD FOR PRODUCING CERAMICS FOR CUTTING TOOLS, comprising mixing powders of boron nitride of dense modifications, a refractory compound from the group of carbides, nitrides, borides and carbonitrides of a transition metal from the group: Ti, Zr, Hf, Nb, V, Ta and a metal component with subsequent molding and hot-pressing under the conditions of stability of cubic boron nitride at a temperature above 700 o C and a pressure of more than 20 kbar, characterized in that, in order to improve the wear resistance of the material due to obtain a structure in which the above oplavkoe compound forms a continuous matrix with distributed therein crystals of boron nitride, pre-sintered 10 - 89.9 vol. % powder refractory compounds with 0.1 to 20 vol. % of the powder of the metal component - silicon and / or aluminum, the cake is crushed and mixed with boron nitride with a particle size of ≅ 7 μm in the following ratio of components, vol. %: BN dense modifications with a particle size of ≅ 7 μm - 10 - 80, the specified ground spec - 20 - 90, after which the mixture is molded. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют тугоплавкое соединение общей формулы
MeAx,
где Me - переходный металл из группы: Ti, Ta, Zr, Hf, V, Nb;
A - C и/или N или B; X ≅ 0,93.
2. The method according to p. 1, characterized in that the use of a refractory compound of the General formula
MeAx
where Me is a transition metal from the group: Ti, Ta, Zr, Hf, V, Nb;
A is C and / or N or B; X ≅ 0.93.
SU4027686 1976-12-21 1986-06-23 Method of manufacturing ceramics for cutting tools RU2011649C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP76154570 1976-12-21
JP15457076A JPS5377811A (en) 1976-12-21 1976-12-21 Sintered material for tools of high hardness and its preparation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2011649C1 true RU2011649C1 (en) 1994-04-30

Family

ID=15587112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4027686 RU2011649C1 (en) 1976-12-21 1986-06-23 Method of manufacturing ceramics for cutting tools

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPS5377811A (en)
RU (1) RU2011649C1 (en)
SU (1) SU1308193A3 (en)
ZA (1) ZA777432B (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013170083A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Diamond cutting elements for drill bits seeded with hcp crystalline material
RU2524061C1 (en) * 2013-04-04 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of producing composite ceramic material
EP2108632B1 (en) * 2007-01-30 2017-05-10 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Sintered composite material
US10180032B2 (en) 2012-05-11 2019-01-15 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Diamond cutting elements for drill bits seeded with HCP crystalline material
RU2750448C1 (en) * 2020-07-31 2021-06-28 Общество с ограниченной ответственностью «Микробор Композит» Raw material mixture for producing a large scale preform of a super-hard composite material, large scale preform of a super-hard composite material and method for production thereof
RU2827207C1 (en) * 2024-03-28 2024-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Composite ceramic material for cutting tools

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5446211A (en) * 1977-09-21 1979-04-12 Sumitomo Electric Industries Sintered body for cutting tool and method of making same
JPS5562853A (en) * 1978-10-31 1980-05-12 Mitsubishi Metal Corp Heattresisting and abrasionnresisting superpressure sintering material with tenacity
JPS5562864A (en) * 1978-11-06 1980-05-12 Mitsubishi Metal Corp Sintering material with tenacity and abrasion resistance
JPS5562863A (en) * 1978-11-06 1980-05-12 Mitsubishi Metal Corp Sintering material with tenacity and abrasion resistanc
JPS5580777A (en) * 1978-12-09 1980-06-18 Mitsubishi Metal Corp Tanacious heattresisting antiabrasive super high pressure sintering material
JPS5580778A (en) * 1978-12-09 1980-06-18 Mitsubishi Metal Corp Tanacious heattresisting antiabrasive super high pressure sintering material
JPS6039739B2 (en) * 1979-01-13 1985-09-07 日本特殊陶業株式会社 High-density cubic boron nitride sintered body
JPS55113859A (en) * 1979-02-26 1980-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Sintered body for cutting tool and manufacture thereof
GB2048956B (en) * 1979-03-29 1983-02-16 Sumitomo Electric Industries Sintered compact for a machining tool
JPS6053721B2 (en) * 1979-06-18 1985-11-27 三菱マテリアル株式会社 Composite sintered parts for cutting tools
JPS569279A (en) * 1979-06-28 1981-01-30 Sumitomo Electric Industries Sintered body for cutting tool and its manufacture
JPS6035979B2 (en) * 1979-08-16 1985-08-17 東芝タンガロイ株式会社 High hardness sintered body
JPS5633451A (en) * 1979-08-27 1981-04-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Sintered body for tool and its manufacture
JPS6034619B2 (en) * 1979-10-02 1985-08-09 東芝タンガロイ株式会社 High hardness sintered body for cutting
JPS6014826B2 (en) * 1979-11-08 1985-04-16 東芝タンガロイ株式会社 High hardness sintered body for cutting
JPS5672105A (en) * 1979-11-13 1981-06-16 Toshiba Tungaloy Co Ltd Composite cutting body
JPS5856018B2 (en) * 1979-11-30 1983-12-13 日本油脂株式会社 High-density phase boron nitride composite sintered body for cutting tools and its manufacturing method
JPS57145961A (en) * 1981-03-05 1982-09-09 Toshiba Tungaloy Co Ltd High hardness sintered body for cutting
JPS601389B2 (en) * 1981-03-09 1985-01-14 三菱マテリアル株式会社 Cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting tools and wear-resistant tools
JPS601390B2 (en) * 1981-06-29 1985-01-14 三菱マテリアル株式会社 Cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting tools
JPS5860678A (en) * 1981-10-02 1983-04-11 三菱マテリアル株式会社 High tenacity boron nitride base super high pressure sintering material for cutting and abrasion-resistant tool
JPS6020457B2 (en) * 1981-10-06 1985-05-22 三菱マテリアル株式会社 High-toughness boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting and wear-resistant tools
JPS6020456B2 (en) * 1981-10-06 1985-05-22 三菱マテリアル株式会社 High-toughness boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting and wear-resistant tools
JPS6020458B2 (en) * 1981-10-07 1985-05-22 三菱マテリアル株式会社 High-toughness boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting and wear-resistant tools
JPS602379B2 (en) * 1981-12-25 1985-01-21 三菱マテリアル株式会社 Cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting and wear-resistant tools
JPS602378B2 (en) * 1981-12-25 1985-01-21 三菱マテリアル株式会社 Cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting tools
JPS605666B2 (en) * 1982-03-23 1985-02-13 三菱マテリアル株式会社 Ultra-high pressure sintered material for cutting tools
JPS607022B2 (en) * 1982-08-31 1985-02-21 三菱マテリアル株式会社 Cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting tools
JPS61125707A (en) * 1984-11-21 1986-06-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Composite sintered body tool and its manufacturing method
JPS6184303A (en) * 1984-09-28 1986-04-28 Ishizuka Kenkyusho:Kk Manufacture of composite sintered body
JPS6056783B2 (en) * 1984-12-25 1985-12-11 三菱マテリアル株式会社 Cubic boron nitride-based ultra-high pressure sintered material for cutting tools
JPH0621315B2 (en) * 1986-01-06 1994-03-23 住友電気工業株式会社 cBN sintered body and manufacturing method thereof
JPH08732B2 (en) * 1987-01-16 1996-01-10 三菱マテリアル株式会社 Manufacturing method of cubic boron nitride based ultra high pressure sintered body for cutting tool
JPH0261507U (en) * 1988-10-25 1990-05-08
JPH0694580B2 (en) * 1988-12-14 1994-11-24 住友電気工業株式会社 Sintered body for high precision machining tools
US5041399A (en) * 1989-03-07 1991-08-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hard sintered body for tools
DE69519341T2 (en) 1994-08-01 2001-03-15 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Superhard composite material for tools
DE69527236T2 (en) 1994-09-16 2003-03-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Multi-layer film made of ultra-fine particles and hard composite material for tools that contain this film
JP3866305B2 (en) 1994-10-27 2007-01-10 住友電工ハードメタル株式会社 Composite high hardness material for tools
JPH10114575A (en) * 1996-10-04 1998-05-06 Sumitomo Electric Ind Ltd High hardness sintered compact for tool
IL140024A0 (en) 1999-12-03 2002-02-10 Sumitomo Electric Industries Coated pcbn cutting tools
JP5100927B2 (en) 2001-01-30 2012-12-19 昭和電工株式会社 Method for producing cubic boron nitride sintered body
JP4160898B2 (en) 2003-12-25 2008-10-08 住友電工ハードメタル株式会社 High strength and high thermal conductivity cubic boron nitride sintered body
US7524785B2 (en) 2004-01-08 2009-04-28 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cubic boron nitride sintered body
US8007552B2 (en) * 2004-10-29 2011-08-30 Element Six (Production) (Pty) Ltd Cubic boron nitride compact
CA2577615C (en) 2005-10-04 2013-02-05 Satoru Kukino Cbn sintered body for high surface integrity machining and cbn sintered body cutting tool
US7771847B2 (en) 2005-11-18 2010-08-10 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. cBN sintered body for high surface integrity machining, cBN sintered body cutting tool, and cutting method using the same
US8999023B2 (en) 2006-06-12 2015-04-07 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Composite sintered body
JP5126702B1 (en) 2011-09-12 2013-01-23 三菱マテリアル株式会社 Cutting tool made of cubic boron nitride based sintered material
JP5305056B1 (en) 2012-05-16 2013-10-02 三菱マテリアル株式会社 Cutting tool made of cubic boron nitride based sintered body
WO2015060320A1 (en) 2013-10-22 2015-04-30 株式会社タンガロイ Cubic boron nitride sintered body, and coated cubic boron nitride sintered body
JP7336063B2 (en) 2021-08-24 2023-08-31 株式会社タンガロイ Cubic boron nitride sintered body and coated cubic boron nitride sintered body

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2108632B1 (en) * 2007-01-30 2017-05-10 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Sintered composite material
WO2013170083A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Diamond cutting elements for drill bits seeded with hcp crystalline material
US10180032B2 (en) 2012-05-11 2019-01-15 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Diamond cutting elements for drill bits seeded with HCP crystalline material
US10711528B2 (en) 2012-05-11 2020-07-14 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Diamond cutting elements for drill bits seeded with HCP crystalline material
RU2524061C1 (en) * 2013-04-04 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of producing composite ceramic material
RU2750448C1 (en) * 2020-07-31 2021-06-28 Общество с ограниченной ответственностью «Микробор Композит» Raw material mixture for producing a large scale preform of a super-hard composite material, large scale preform of a super-hard composite material and method for production thereof
RU2827207C1 (en) * 2024-03-28 2024-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Composite ceramic material for cutting tools
RU2827204C1 (en) * 2024-03-28 2024-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Composite ceramic material for cutting tools

Also Published As

Publication number Publication date
SU1308193A3 (en) 1987-04-30
ZA777432B (en) 1979-02-28
JPS5377811A (en) 1978-07-10
JPS573631B2 (en) 1982-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2011649C1 (en) Method of manufacturing ceramics for cutting tools
US4334928A (en) Sintered compact for a machining tool and a method of producing the compact
EP0181258B1 (en) Improved cubic boron nitride compact and method of making
US4343651A (en) Sintered compact for use in a tool
US4647546A (en) Polycrystalline cubic boron nitride compact
US6203897B1 (en) Sintered composites containing superabrasive particles
EP1313887B1 (en) Method of producing an abrasive product containing cubic boron nitride
US4636253A (en) Diamond sintered body for tools and method of manufacturing same
JP5371740B2 (en) Method for producing cubic boron nitride molded body
EP0816304B1 (en) Ceramic bonded cubic boron nitride compact
KR20040005011A (en) Sintering body having high hardness for cutting cast iron and The producing method the same
EP0731186B1 (en) Composite material and process for producing the same
JP3146803B2 (en) Method for producing cubic boron nitride based ultra-high pressure sintered material with excellent wear resistance
JPS6323155B2 (en)
JPS638072B2 (en)
JPS644840Y2 (en)
JPS639009B2 (en)
JPS594501B2 (en) High hardness sintered body
KR860002131B1 (en) Sintered compact for use in a tool
JPH0830239B2 (en) Sintered body for high hardness tool and manufacturing method thereof
JPS6359381B2 (en)
JPS6119591B2 (en)
JPS61111965A (en) Polycrystal diamond for tool and manufacture
ZA200300825B (en) Method of producing an abrasive product containing cubic boron nitride.
JPS6143307B2 (en)