SU485967A1

SU485967A1 - Microcrystalline monolithic carbon material

Info

Publication number: SU485967A1
Application number: SU1890751A
Authority: SU
Inventors: Леонид Федорович Верещагин; Евгений Николаевич Яковлев; Владислав Николаевич Слесарев; Василий Александрович Степанов; Александр Яковлевич Преображенский; Людмила Ефимовна Штеренберг; Татьяна Дмитриевна Варфоломеева
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Физики Высоких Давлений Ан Ссср
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1973-03-20
Publication date: 1975-09-30
Also published as: BE807189A; BR7308416D0; AT371416B; CH619198A5; NL7312666A; FR2222310A1; CA1023113A; ATA768973A; FR2222310B1; GB1454638A; DE2353130A1

Description

1one

Изобретение относитс к поликристаллическим монолитным материалам из углерода со структурой алмаза, а именно к алмазным сросткам из микроскопически малых зерен, и может быть применено в нефте- и газодобывающей , горнорудной, металлообрабатывающей , машиностроительной, приборостроительной и других отрасл х промышленности .The invention relates to polycrystalline monolithic materials of carbon with a diamond structure, namely diamond intergrowths of microscopically small grains, and can be applied in the oil and gas industry, mining, metalworking, machine-building, instrument-making and other sectors of the industry.

Известный микрокристаллический монолитный материал из углерода, закристаллизованный в структуре алмаза, образованный сросшимис , проросщими друг в друга кристаллитами , соединенными- друг с другом посредством металла-катализатора, имеет большие размеры (до 2 мм) кристаллитов, значительную шероховатость и пониженную температуру начала окислени на воздухе, обусловленную вли нием массивных включений металла-катализатора.The known microcrystalline monolithic material of carbon, crystallized in the diamond structure, formed by crystallized, sprouting into each other crystallites, connected to each other by means of a metal catalyst, has large sizes (up to 2 mm) of crystallites, significant roughness and lowered temperature of oxidation in air. due to the effect of massive catalyst metal inclusions.

Неоднородна зернистость такого материала и значительное содержание в нем металла-катализатора в виде массивных включений и прослоек между алмазными кристаллитами сНИжают прочностные и абразивные характеристики матери-ала и уменьшают стойкость его к окислению на воздухе при нагревании . Значительные случайные колебани размеров неровностей поверхности, иногда достигающие размеров отдельного крупного кристаллита (I мм) и более, сильно удорожают обработку материала и сужают область его применени в промышленности.The granularity of such a material is heterogeneous and the substantial content of a metal catalyst in it in the form of massive inclusions and interlayers between diamond crystallites reduce the strength and abrasive characteristics of the mother-ala and reduce its resistance to oxidation in air when heated. Significant random variations in the size of surface irregularities, sometimes reaching the size of a separate large crystallite (I mm) and more, greatly increase the cost of processing the material and limit its scope in industry.

Цель изобретени - повышение твердости и абразивной стойкости.The purpose of the invention is to increase the hardness and abrasion resistance.

Это достигаетс тем, что предлагаемый материал содержит кристаллиты- размером 0,1 - 10 мкм, двойники, имеет шероховатость поверхности- в пределах мкм и температуру начала окислени на воздухе не менееThis is achieved by the fact that the proposed material contains crystallites with a size of 0.1 to 10 microns, twins, has a surface roughness of within microns and the onset temperature of air oxidation is no less than

700°С. Твердость описываемого материала такова, что позвол ет царапать наиболее твердую грань алмаза - плоскость октаэдра, а абразивна стойкость характеризуетс числом , превы-шающим 100000.700 ° C. The hardness of the described material is such that it allows scratching the hardest diamond face, the octahedron plane, and the abrasive resistance is characterized by a number exceeding 100,000.

При бурении гранитных толщ (при прочих равньи услови х) инструменты, оснащенные этим материалом показали более чем трехкратный выигрыш в глубине проходки по сравнению с инструментами, оснащеннымиWhen drilling granite strata (other things being equal), instruments equipped with this material showed a more than threefold gain in the depth of penetration compared to instruments equipped with

крупными кристаллами алмазов. Предлагаемый материал получают заданной геометрической формы и в любом требуемом количестве идентичных экзем-пл ров. Получение микрокристалического монолитного материала сlarge diamond crystals. The proposed material is obtained in a given geometrical shape and in any required quantity of identical eczema plates. Obtaining microcrystalline solid material with

заданной конфигурацией и чистотой поверхности сводит до минимума, а в некоторых случа х и полностью устран ет нео.бходимость в дополнительной обработке его перед применением. Высока температура началаa given configuration and surface cleanliness reduces to a minimum, and in some cases completely eliminates, the need for additional processing of it before use. High start temperature

окислени на воздухе материала существенно зана с его монолитной плотной структурой малыми размерами включений, что позво ет эксплуатировать алмазные инструменты, нащенные таким материалом, в режимах 1льших скоростей и интенсивностей обраiB одном из возможных способов синтеза :исываемого материала исходным вещест1М дл его получени служит спектральностый искусственный графит с плотностью 75-1,85 г/см. Из графита изготавливают здель-заготовку требуемой формы (октаэдр, |ДШип«ик, сверло или др.) с чистотой обра1ТКИ поверхности на 2 класса превышающей данную дл издели из материала. Дл :ализации превращени графитовой модели ,готовки в изделие из предлагаемого мате1ала . ее помещают-внутрь полого нагреватеI , окружают, порошком катализатора 9 вес. % карбида вольфрама + 15 вес. % грбида-титана+ 6 .вес. % кобальта) и уста1вливают в-камеру высокого давлени в нтральный канал таблетки из литографскокамн . Затем с помощью гидравлического lecca давление в камере довод т до ЭОкбар, |и этом применением порощкообразного кализатора об.еспечивают равномерное с соанением формы сжатием модели-заготовки сильно развитую поверхность контакта моли-заготовки с катализатором. Далее сжаю до 90 кбар модель-заготовку и окружаюий ее катализатор нагревают до 2000°С. агрев провод т импульсом электрического тока, который пропускают через нагреватель, катализатор и модель-заготовку в течение 5 -сек. Превращение графитовой модели-заготовки в изделие из описываемого материала фиксируют по резкому падению нагревающего тока и одновременному росту напр жени , после чего прекращают нагрев и снижают давление в камере до атмосферного. Полученный таким Образом материал имеет заданную форму (октаэдр, подшипник, сверло или др.) с размерами неровностей в пределах 30-50 мкм и характеризуетс микрокристаллической монолитной структурой алмаза с размерами зерен в пределах от 0,9 до 3 мкм. Часть зерен образовывает двойниковые сростки . Материал издели характеризуетс абразивной стойкостью 600000 при правке круга средней твердости по стандартной шкале твердости, температурой начала окислени на воздухе 750°С и твердостью такой, что он царапает плоскость октаэдра алмаза. Предмет изобретени Микрокристаллический монолитный материал из углерода, закристаллизованный в структуре алмаза, образованный сросшимис , лроросшими друг в друга кристаллитами, отличающийс тем, что, с целью повыщени твердости и абразивной стойкости, он содержит кристаллиты размером 0,1-10 мкм, двойники, имеет щероховатость поверхности 10-60 мкм и температуру окислени на воздухе не менее 700°С.air oxidation of a material is essentially zan with its monolithic dense structure with small dimensions of inclusions, which makes it possible to exploit diamond tools filled with such a material in the modes of the lightest speeds and intensities of the process one of the possible methods of synthesis: the material under study is used as the initial material with a density of 75-1,85 g / cm. Graphite is used to make a blank of the required shape (octahedron, | DShipek, drill, or other) with a surface finish of the class that is 2 classes higher than this for a product made of a material. To: alize the transformation of the graphite model, cooking into a product from the proposed material. it is placed inside a hollow heater; it is surrounded by catalyst powder 9 wt. % tungsten carbide + 15 wt. % of titanium grabida + 6. weight. % cobalt) and install a high-pressure chamber into the neutral channel of a tablet from a lithographic square. Then, using a hydraulic lecca, the pressure in the chamber is adjusted to Eocabar, and this application of a powder-like calyser provides for a strongly developed contact surface of the preparation mole with the catalyst, which is uniformly compressed by the compression model. Then I compress up to 90 kbar model-billet and its surrounding catalyst is heated to 2000 ° C. The heating is conducted by a pulse of electric current, which is passed through a heater, a catalyst, and a workpiece model for 5 sec. The transformation of the graphite model blank into a product made of the material described is fixed by a sharp drop in the heating current and a simultaneous increase in voltage, after which the heating is stopped and the pressure in the chamber is reduced to atmospheric. The material thus obtained has a predetermined shape (octahedron, bearing, drill or other) with irregularities ranging from 30 to 50 microns and is characterized by a microcrystalline monolithic diamond structure with grain sizes ranging from 0.9 to 3 microns. A part of the grains forms twin intergrowths. The material of the product is characterized by an abrasive resistance of 600,000 when straightening a medium hardness circle on a standard hardness scale, an onset air oxidation temperature of 750 ° C and a hardness that scratches the plane of the diamond octahedron. The subject matter of the invention A microcrystalline monolithic material of carbon, crystallized in the diamond structure, formed from crystallized, crystallized into each other crystallites, characterized in that, in order to increase hardness and abrasive resistance, it contains crystallites of 0.1-10 microns in size, twins, have roughness the surface is 10-60 µm and the oxidation temperature in air is at least 700 ° C.