RU2012146420A

RU2012146420A - Способ получения поликристаллического композиционного материала

Info

Publication number: RU2012146420A
Application number: RU2012146420/02A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Андрианов; Олег Владимирович Игнатенко; Валерий Витальевич Мальчуков; Валерий Валерьевич Ткаченко
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Микробор Нанотех"
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2014-05-10
Also published as: RU2525005C2; WO2012118393A1

Abstract

1. Способ получения поликристаллического композиционного материала, характеризующийся тем, что процесс получения состоит из, по меньшей мере, двух этапов, на первом из которых получают мелкокристаллический порошок, включающий не менее 25% наноразмерных фракций кубического нитрида бора с размером частиц менее 100 нм, полученный путем спекания гексагонального нитрида бора в присутствии одного из катализаторов - борида, либо нитрида щелочного или щелочноземельного металла в течении 1-15 секунд под действием повышенных температуры и давления, и последующей сепарацией фракций кубического нитрида бора с размером частиц менее 10 мкм, включающих не менее 25 мас.% наноразмерных фракций, на втором этапе в упомянутый сепарированный мелкокристаллический порошок вводят металлический измельченный алюминий и, путем перемешивания, осуществляют механическое легирование зерен кубического нитрида бора металлическим алюминием, затем в смесь добавляют карбид тугоплавкого металла, а также катализатор, после чего полученную смесь длительно перемешивают до образования шихты с высокой степенью однородности, затем полученную шихту прессуют в заготовки, которые подвергают термобарическому воздействию при давлении 5,0-5,5 ГПа, температуре 1300-1600°C, в течение времени от 15 секунд до 20 мин с образованием поликристаллического композитного материала, причем, если на первом этапе в качестве катализатора был использован нитрид щелочного или щелочноземельного металла, то на втором этапе в качестве катализатора используют борид щелочного или щелочноземельного металла, а если на первом этапе в качестве катализатора используют борид щелочно

Claims

1. Способ получения поликристаллического композиционного материала, характеризующийся тем, что процесс получения состоит из, по меньшей мере, двух этапов, на первом из которых получают мелкокристаллический порошок, включающий не менее 25% наноразмерных фракций кубического нитрида бора с размером частиц менее 100 нм, полученный путем спекания гексагонального нитрида бора в присутствии одного из катализаторов - борида, либо нитрида щелочного или щелочноземельного металла в течении 1-15 секунд под действием повышенных температуры и давления, и последующей сепарацией фракций кубического нитрида бора с размером частиц менее 10 мкм, включающих не менее 25 мас.% наноразмерных фракций, на втором этапе в упомянутый сепарированный мелкокристаллический порошок вводят металлический измельченный алюминий и, путем перемешивания, осуществляют механическое легирование зерен кубического нитрида бора металлическим алюминием, затем в смесь добавляют карбид тугоплавкого металла, а также катализатор, после чего полученную смесь длительно перемешивают до образования шихты с высокой степенью однородности, затем полученную шихту прессуют в заготовки, которые подвергают термобарическому воздействию при давлении 5,0-5,5 ГПа, температуре 1300-1600°C, в течение времени от 15 секунд до 20 мин с образованием поликристаллического композитного материала, причем, если на первом этапе в качестве катализатора был использован нитрид щелочного или щелочноземельного металла, то на втором этапе в качестве катализатора используют борид щелочного или щелочноземельного металла, а если на первом этапе в качестве катализатора используют борид щелочного или щелочноземельного металла, то на втором этапе в качестве катализатора используют нитрид щелочного или щелочноземельного металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на всех этапах используют порошки химических соединений фракций с размером частиц менее 0,1 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе для получения мелкокристаллический материала, включающего наноразмерную фракцию нитрида бора, используют в качестве катализатора нитрид лития, при этом на втором этапе используют в качестве катализатора диборид магния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе для получения мелкокристаллического материала, включающего наноразмерную фракцию нитрида бора, используют в качестве катализатора диборид магния, при этом на втором этапе используют в качестве катализатора нитрид лития.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученная шихта сушится в вакуумном шкафу в течении 3 часов при температуре 300°C.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что полученная шихта после сушки прессуется в заготовки, которые помещают в контейнер, который в свою очередь помещают в пресс высокого давления, где на заготовки воздействуют повышенными температурой и давлением.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельченный металлический алюминий используют в виде порошка с размером частиц менее 10 мкм.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующей добавки для увеличения термостойкости и предотвращения абразивного и химического износа композита используют карбиды тугоплавких металлов из 4-5-6 групп элементов, предпочтительно, карбид титана.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что ингредиенты шихтовой массы для

изготовления поликристаллического композиционного материала смешивают вместе в следующих пропорциях, мас.%:

Катализатор - не более 1,

Алюминий - 2-15,

Карбид тугоплавкого металла - 10-30, КНБ^К) - остальное.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что ингредиенты шихтовой массы смешивают в шаровой мельнице в летучей жидкости, например, толуола в течение 24 часов.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе перед спеканием с термобарической обработкой производят предварительное измельчение компонентов первичной смеси, состоящей из порошка гексагонального нитрида бора, порошка одного из катализаторов и, дополнительно, модифицирующей добавки, затем указанные компоненты смешивают до получения однородной порошковой массы, которую после предварительного уплотнения в пресс-форме под давлением, помещают в камеру, где производят воздействие на уплотненный порошок давлением от 5,0 до 5,5 ГПа при температуре от 1300 до 1600°C в течение от 1 до 15 секунд, получая в результате термобарического воздействия спеченную массу с дисперсно распределенными в ней частицами кубического нитрида бора, образованными в результате кристаллизации частиц нитрида бора в расплаве модифицирующей добавки и одного из катализаторов, далее полученную в результате воздействия спеченную массу измельчают и сепарируют из нее методами газовой или жидкостной классификации частицы кубического нитрида бора, образующие мелкокристаллический порошок, включающий не менее 25% наноразмерных фракций кубического нитрида бора с размером частиц менее 100 нм.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что гексагональный нитрид бора перед введением в первичную смесь предварительно измельчают до размера частиц менее 10 мкм и сушат при температуре около 110°C в течение примерно 90 минут, модифицирующую добавку предварительно отдельно измельчают до размера частиц менее 200 нм, а катализатор перед введением в первичную смесь предварительно отдельно измельчают до размера частиц менее 100 мкм и используют первичную смесь, состоящую из порошка гексагонального нитрида бора с размером частиц менее 10 мкм, порошка катализатора с размером частиц менее 100 мкм и модифицирующей добавки с размером частиц менее 200 нм.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что доля катализатора в первичной смеси составляет до 10 мас.%, доля модифицирующей добавки в первичной смеси составляет до 4 мас.%, а доля гексагонального нитрида бора в первичной смеси составляет до 86 мас.%.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют один или несколько оксидов.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют CaO и/или MgO и/или Fe₂O₃ и/или SiO₂ и/или Al₂O₃.

16. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют кубический нитрид бора в виде порошка фракции с размером 10

- 20 нм, взятый в количестве 0,1-0,5% от массы компонентов первичной смеси.

17. Способ по п.11, отличающийся тем, что модифицирующая добавка включает кубический нитрид бора в виде порошка наноразмерных фракций в количестве, не превышающем 0,5% от массы компонентов первичной смеси.

18. Способ по п.11, отличающийся тем, что первичную смесь смешивают в смесительном устройстве, типа смесителя Эйриха или V-образном смесителе, без использования мелющих тел и дополнительного измельчения в течение примерно 90 минут до высокой степени однородности, предпочтительно не менее 99,75%, в защитной жидкостной или газовой среде.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что газовой средой является инертный газ, например, аргон.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что жидкостной средой является летучая жидкость, например, бензин или толуол.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что остатки летучей жидкости удаляют путем нагрева и сушки измельченной смеси в виде порошка в вакуумном сушильном шкафу в течение не менее 2 часов при температуре не менее 85°C.

22. Способ по п.11, отличающийся тем, что воздействие на уплотненный порошок производят давлением от 5,0 до 5,5 ГПа при температуре от 1300 до 1600°C в течение от 1 до 15 секунд и осуществляют его путем помещения порошка в графитовый электронагреватель, который размещают в контейнере со стенками из каменного материала, литографского камня, причем собранный контейнер устанавливают в центральном углублении камеры высокого давления и подвергают сжатию и нагреву до указанных параметров воздействия в течение упомянутого промежутка времени.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что каменным материалом является известняк или пирофиллит, или литографский камень.

24. Способ по п.11, отличающийся тем, что спеченную массу измельчают в щековой дробилке, после чего полученный порошок помещают в кислотную или щелочную жидкую среду и извлекают из него методами газовой или жидкостной классификации порошок кубического нитрида бора с размером частиц основной доли менее 10 мкм, который включает не менее 25% массовой доли фракций с размером частиц менее 200 нм.

25. Способ по п.11, отличающийся тем, что из спеченной массы извлекают кубического нитрида бора до 50 мас.% от исходной массы порошка гексагонального нитрида бора.