SU729122A1 - Способ получени сверхтвердого материала - Google Patents

Description

Изобретение относится к технологии получения сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора, используемых в материалообрабатывающей промышленности.

Известен ряд способов получения кубического нитрида бора, которые в свою очередь подразделяются на бескатализаторные и способы с использованием катализаторов.

Бескатализаторный способ получения кубического нитрида бора требует давления 100 кбар [1].

При использовании катализаторов требуемое давление составляет 40-80 кбар, однако в этом случае конечный продукт представляет собой механическую смесь зерен кубического нитрида _J5 бора и вещества-катализатора [2]. В большинстве случаев вещество-катализатор является химически активным веществом, неустойчивым на воздухе и во влажной среде.

Известен способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора путем воздействия высокого давления и температуры на шихту, содержащую гексагональный нитрил бора и избыточный бор (по отношению к стехиометрии нитрида бора), который присутствует в шихте в виде боридов щелочных или щелочно-земельных металлов [3].

Недостатком известного способа является то, что сверхтвердый материал содержит в своем составе гидролизующиеся нитриды и бориды щелочных и щелочноземельных металлов, кроме того способ не позволяет получить достаточно твердый и износостойкий материал. Целью изобретения является получение материала, лишенного вышеуказанных недостатков, обладающего повышенной твердостью и износостойкостью..

Это достигается тем, что воздействию высокого давления и высокой температуры подвергают шихту, содержащую гексагональный нитрид бора и избыточный бор (по отношению к стехиометрии нитрида бора), в качестве источника которого используют элементарный бор в количестве от 50,1 до 80 ат.% , прячем процесс ведут при давлении от 50 до 95 кбар и температуре от 1500 до 2800°С.

Готовят шихту, состоящую из гексагонального нитрида бора и борсодержащего материя·

72912 ла - элеметарнлго бора. Гексагональный нитрид бора и элементарный бор берут в виде мелкодисперсных порошков. Элементарный бор в шихте составляет от 50 до 80 ат.%. Шихту тщательно перемешивают в вибромель- ₅ нице, шаровой мельнице или других специальных, устройствах до равномерного распределения компонентов по объему. Затем из шихты спрессовывают заготовку, которую помещают внутрь передающего давление контейнера, ко- ю торый в свою очередь помещают в камеру высокого давления. Заготовку подвергают одновременному воздействию давлений 6095 кбар и температур 1800-2800°С.

Время процесса составляет от 10 сек до 15 3 мин. В результате получают плотные псликристаллические блоки сверхтвердого материала. При воздействии на шихту давления и температуры происходит превращение гексагонального нитрида бора в кубический с одновремен· 20 ным растворением в нем бора. При содержании в шихте до 60 ат.% бора получаемый сверхтвердый материал в большинстве случаев имеет однофазный состав и представляет собой твердый раствор бора в кубическом нитриде бора. При 35 более высоком содержании бора в шихте конечный продукт представляет собой механическую смесь взаимных твердых растворов бора и кубического нитрида бора. Как в первом, так и во втором случае сверхтвердый материал имеет зо высокие твердость, износостойкость, обладает хорошими режущими свойствами и химическиинертен к черным металлам.

П р и м е р . 1. Составляют смесь из 5 г гексагонального нитрида бора и 0,1814 г элементарного бора, что соответствует 52· ат.% бора и 48 ат.% азота. После тщательного перемешивания спрессованную из смеси заготовку помещают в камеру высокого давления и под· ' 4 вергают воздействию давления 63 кбар и температуры 22ОО°С в течение минуты. В результате получают поли кристаллический блок.

Пример 2. Составляют смесь из 5 г гексагонального нитрида бора и 1,089 г элементарного бора, что соответствует 60 ат.% бора и 40 ат.% азота. Заготовку из смеси помещают в камеру высокого давления и подвергают давлению ь 65 кбар и температуре 2400° С в течение 30 сек. Получают компактный поликристаллиЧеский блок.

Предлагаемый способ позволяет получать высококачественные поликристаллические блоки сверхтвердого материала, имеющие высокие твердость и износостойкость, обладающие хорошей режущей способностью и высокой термостойкостью. Предлагаемый способ получения сверхтвердого материала позволяет достичь высокого выхода годного продукта.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к технологии получени  сверхтвердых материалов на основа куби ческого нитрида бора, используемых в материалообрабатьшающей промышленности. Известен р д способов получени  кубическо го нитрида бора, которые в свою очередь подраздел ютс  на бескатализаторные и способы с использованием катализаторов. Бескатализаторный способ получени  кубического нитрида бора требует давлени  100 кбар 11. При использовании кат ализаторов требуемое давление составл ет 40-80 кбар, однако в этом случае конечный продукт представл ет собой механическую смесь зерен кубического юггрида бора и вещества-катапизатора 12. В большин-стве случаев вещество-катализатор  вл етс  химически активным веществом, неустойщшым па воздухе и во влажной среде. Известен способ получени  сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора цутем воздействи  высокого давлени  и температуры на шихту, содержащую гексагональный нитрил борп и избыточный бор (по отношению К стехиометрии нитрида бора), который присутствует в шихте в виде боридов щелочных или щелочно земельных металлов 3. Недостатком известного способа  вл етс  то, тго. сверхтвердый материал содержит в своем составе гидролизующиес  нитриды и бориды щелочных и щелочноземельных металлов, кроме того способ не позвол ет получить достаточно твердый и износостойкий материал. Целью изобретени   вл етс  получение материала , лишенното вышеуказанных недостатков , обладающего повышенной твердостью и износостойкостью.. Это достигаетс  тем, что воздействию высокого давлени  и высокой температуры подвергают игахту, содержащую гексагональный нитрид бора и избьггочный бор (по отношению к стехиометрии нитрида бора), в качестве исто гаика которого используют элементарный бор в количестве от 50,1 до 80 ат.% , пртчем процесс ведут при давлении от 50 до 95 кбар и температуре от 1500 до 2800°С. Готов т шихту, состо щую из гексагонального нитрида бора и борсодержащпго материв37 ла - элеме}гтариого бора. Гексагональный нитрид бора и элементарный бор берут в виде мелкодисперсных порошков. Элементарный бор в ишхте составл ет от 50 до 80 ат.%. Шихту тщательно перемешивают в вибромельнице , шаровой мельнице или дрзтих специальных , устройств ах до равномерного распределени  компонентов по объему. Затем из шихты спрессовывают заготовку, которую помешают внутрь передаюшего давление контейнера, который в свою очередь помешают в камеру высокого давлени . Заготовку подвергают одновремеш1ому воздействию дав легши 6095 кбар и температур 1800-2800С. Врем  процесса составл ет от 10 сек до 3 мин. В резу1п тате получают плотные поликристаллические блоки сверхтвердого материала . При воздействии на шихту давлени  и температуры происходит преврашение гексагонального сггрида бора в кубический с одновременным растворением в нем бора. При содержании в шихте до 60 ат.% бора получаемый сверхтвердый материал в большинстве случаев имеет однофазный состав и представл ет собой твердый раствор бора в кубическом нитриде бора. При более высоком содержании бора в шихте конечный продукт представл ет собой механическу смесь твердых растворов бора и кубического нитрида бора. Как в первом, так и во втором случае сверхтвердый материал имеет высокие твердость, износостойкость, обладает хорошими режущими свойствами и химическиинертен к черным металлам. Примерь Составл ют смесь из 5 г гексагонального нитрида бора и 0,1814 г злемеотарного бора, что соответствует 52- ат.% бора и 48 ат.% азота. После тщательного перемешивани  спрессованную из смеси заготовку помещают в камеру высокого давлени  и под вергают воздейс1вию давлени  63 кбар и температуры 2200°С в течелие . В результате получают поликристалл1гческий блок. Пример 2. Составл ют смесь из 5 г гексагонального нитрида бора и 1,089 г элементарного бора, что соответствует 60 ат.% бора и 40 ат.% азота. Заготовку из смеси помещают в камеру высокого давлени  и подвергают давлению ь 65 кбар и температуре 2400° С в течение 30 сек. Получают компактный по.11икристаллиЧеский блок. Предлагаемый способ позвол ет получать высококачественные поликристаллические блоки сверхтвердого материала, имеющие высокие твердость и износостойкость, обладающие хорошей режущей способностью и высокой термостойкостью . Предлагаемый способ получени  сверхтвердого материала позвол ет достичь высокого выхода годного продукта. Формула изобретени  Способ получени  сверхтвердого материала при высоких давлени х и температурах из шихты, содержащей гексагональный нитрид бора и избыточный бор по отношению к стехиометрии нитрида бора, отличаюшийс  тем, что, с. целью увеличени  твердости и износостойкости материала, в качестве источника избьпочного бора используют элементарный бор в количестве от 50,1 до 80 ат.% и процесс ведут при давлении 50-95 кбар и температуре 1500-2800С. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3212852, кл. 23-191, 1965. -
2. 2.Патент США N 2947617, кл. 51-307, 1958.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 324820, кл. cot В 21/06, 1970.