RU961281C - Способ получени поликристаллического алмазсодержащего материала - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА , включающий размещение сло  прокаленного порошка алмаза между сло ми порошка кремни  и последующее спекание при 1400-1700°С и высоком давлении, отличающийс  тем, что, с целью повышени  износостойкости материала, предварительно порошок алмаза смешивают с 0,5 5 мас. добавки из группы; бор, хром, марганец, титан, металл группы железа или сплав на их основе и воздействуют при спекании давлением 70 120 кбаро

Description

Изобретение относитс  к производству синтетических сверх-твердых материалов на основе алмаза, которые могут быть использованы дл  оснащени  буровых коронок и других инструментов , работающих в т желых услови х абразивного износа.

Известен способ получени  поликристаллического алмазосодержащего материала, включающий смешение алмазного порошка с одной или несколькими добавками, выбранными из группы: кремний, , титан, железо, никель, кобальт, бор и др., вз тых в количестве 6-50 мас,% с последующим спеканием смеси при 140073400°С и давлении 30-100 кбар.

Недостатком способа  вл етс  повышенное содержание металлических примесей, которые снижают износостойкость поликристаллического материала

при работе в услови х абразивного износа и нагрева, например при бурении горных пород.

О

Наиболее близким  вл етс  способ

о получени  поликристаллического a;waзосодержащего материала, включающий

...Jk

hO размещение прокаленного алмазного

со порошка между сло ми порошка кремни  и последующее спекание при давлении 35-55 кбар и температуре 1400-1700°С.

Недостатком указанного способа  вл етс  невысока  износостойкость материала из-за частичной графитизации алмазных зерен при спекании в указанном интервале давлений.

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости поликристаллического алмазосодержащего материала.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что смешивают прокаленный алмазный порошок с 0,5-5 мас. добавки из

группы: бор, хром, марганец, титан, металл группы железа или сплав на их основе, размещают между сло ми порошка кремни  и воздействуют при спе кании давлением 70-120 кбар при 14001700С ,

При высоких давлени х кремний вызывает по вление трещин на алмазных зернах, что снижает качество получае мого материала Введение указанных добавок предохран ет алмазные зерна от разрушающего действи  кремни  и тем самым повышает износостойкость материала.

При содержании добавок менее 0,5 масД снижаетс  прочность материала , а при содержании добавок выше 5 мае,снижаетс  его износостойкость . Спекание шихты на основе алмазного порошка при ЙОО-1700°С и давлени х ниже 70 кбар приводит к частичной графитизации алмазных частиц в материале, что обуславливает снижение износостойкости. При спекаНИИ шихты в области давлений выше 120 кбар износостойкость материала не увеличиваетс  и процесс становитс  экономически невыгодным из-за повышенного расхода твердого сплава на спекание.

В св зи :с различным объемом пор в алмазосодержащем материале в зависимости от гранулометрического состава алмазов количество исходного кремни  8 сло х заведомо беретс  с избытком (8-15% от массы шихты), чтобы гарантировать при спекании пропитку всей массы материала. При смешении с алмазами кремний, преп тствует спеканию алмазных частиц.

Пример 1. Алмазные порошки с размером зерен 3-1 мкм прокаливают на воздухе при в течение 10 мин дл  удалени  влаги, летучих органических примесей и активации поверхности . Прокаленные алмазные порош1 и смешивают с порошком хрома (зернистостью менее 1 мкм), вз того в количестве 0,5 мас. алмазов. Полученную шихту помещают между сло ми порошка кремни  в трубчатом нагревателе камеры высокого давлени . Смесь спекают при и давлении 120 кбар в течение 3,5с,

Полученный спек отдел ют от нагре вател  и избыточного количества кремни  механическим методом. Поликристаллический алмазный материал представл ет собой скелет из сросшихс  алмазных зерен со св зью алмаз-алмаз, пространство между которыми заполнено карбидом кремни , кремнием, карбидами и силицидами.хрома и других металлов , присутствующих в качестве примесей в алмазных порошках. Состав материала, мас.%: Кремний и карбид кремни  10 Металлы и их карби 1Ы и силициды1,6,:

АлмазОстальное

Прочность поликристаллического алмазосодержащего материала на сжатие, определенна  по методике ГОСТ 9206-80 составл ла 600 кг/мм, микротвердость - 9500 кг/мм2. При бурении горных пород инструментом, оснащенным полученным материалом пробурено 1,07 м, при норме по ГОСТ 9206-80 1 м.

Пример 2. Так же, как и в примере 1 приготавливают шихту с содержанием 5 мас.% хрома Смесь спекают при 1700С и 70 кбар за 1,5 с. Состав материала, мас.:

Кремний и карбид кремни  9 Металлы и их карбиды и силициды6,1

АлмазОстальное

Прочность материала на сжатие 950 кг/мм, микротвердость ВЗОО кг/мм Коронкой из полученного материала пробурено 1,6 м скважины.

Пример Зо Так же, как и в примере 1, приготавливают шихту с содержанием сплава СНГМ (хром 16-18, бор 2,5-3. железо до 2,5%, кремний 3,5-А%, углерод 0,7% и никель - остальное ) в количестве 2% от массы алмазного порошка. Смесь спекают при 1550С и 90 кбар в течение 1 с. Буровой коронкой пробурено 2,23 м скважины ..

Пример . По примеру 1 приготавливают шихту с 2,5% кобальта, размером частиц до 1 мкм. Смесь спекают при и 100 кбар за 3,5 с. Буровой коронкой пробурено 2 м скважины

Пример 5. По примеру 1 приготавливают смесь с содерканием 2,5 мас.% бора зернистостью 0,10 ,5 мкм. Смесь спекают при и 80 кбар за 2 с. Буровой коронкой пробурено 1,95м скважины.

Пример 6. По примеру 1 приготавливают смесь алмазов с 3 мас,% марганца. Шихту спекают при 80 кбар и за 2 Се Буровой коронкой пробурено 1,8 м скважины. Пример 7. По примеру 1 приготавливают смесь алмазов с мас.% титана. Шихту спекают при 90.кбар и в течение 1,5 с. Буровой коронкой пробурено 1,85 м скважины. В таблице приведены сравнительные испытани  полученного композиционного материала по предложенному способу (пример 1) и по прототипу. Испытани  проводились по методике ТУ 4819-22 -80 путем истирани  образцов по блоку абразивных кругов из зеленого карбида кремни . 1 Режимы испытаний: Скорость вращени  абразивного блока - 190 об/мин. Удельное давление на образец А ,5-6,О КГ/СМ2. Величина продольной подачи за 1 оборот - 0,2 мм. Врем  испытани  - 10 мин. Как следует из таблицы, материал, полученный по предлагаемому способу по износостойкости более, чем в 30 раз превосходит известный. Благодар  высокой износостойкости материала возможно его использовать при бурении абразивных и других крепких г.о род. Таблица

Предлагаемый

(пример 1) Р

90 кбар

Прототип

Из твердого сплава ВК6

0,3

1 37

11,0

824

55,0