Спосіб синтезу надтвердих матеріалів

1. Спосіб синтезу надтвердих матеріалів, що включає приготування шихти, що містить матеріали нетвердої кристалічної фази, введення кристалоутворюючих добавок, здійснення термобаричної обробки суміші при тиску та температурі, вищих за визначені значення протягом визначеного інтервалу часу, який відрізняється тим, що як кристалоутворюючі добавки використовують ультрадисперсний порошок. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що розміри частинок ультрадисперсної добавки складають 2-100нм. 3. Спосіб за п.2, який відрізняться тим, що дисперсність добавки складає краще 4-40нм. 4. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що термобаричну обробку здійснюють при температурі вище значення в 300°С, але нижче температури зворотного переходу в нетверду кристалічну фазу. 5. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що як ультрадисперсний порошок використовують порошок матеріалу кубічної структури. 6. Спосіб за п.5, який відрізняється тим, що як ультрадисперсний порошок матеріалу кубічної структури використовують ультрадисперсний порошок алмазу. 2 (19) 1 3 76963 4 фаз, введення кристалоутворюючих добавок, по29. Спосіб виготовлення надтвердих порошків запереднє формування інструменту, здійснення даного розміру, що включає приготування шихти, термобаричної обробки суміші при тиску та темпещо включає матеріали нетвердих кристалічних ратурі вище критичних значень протягом визначефаз, введення кристалоутворювальних добавок, ного інтервалу часу, який відрізняється тим, що попереднє формування компакту, здійснення теряк кристалоутворюючі добавки використовують мобаричної обробки суміші при тиску та темпераультрадисперсний порошок. турі вище критичних значень протягом визначено16. Спосіб за п.15, який відрізняється тим, що го інтервалу часу і подальшу обробку компакту розміри частинок ультрадисперсної добавки складля виділення порошку потрібної дисперсності, який відрізняється тим, що як кристалоутворюючі дають 2-100нм. 17. Спосіб за п.15, який відрізняється тим, що добавки використовують ультрадисперсний породисперсність добавки складає найкраще 4-40нм. шок, а обробку компакту після термобаричної об18. Спосіб за будь-яким з пунктів 15-16, який відробки здійснюють шляхом травлення лугом. різняється тим, що термобаричну обробку здійс30. Спосіб за п.29, який відрізняється тим, що нюють при температурі вище значення в 300°С, розміри частинок ультрадисперсної добавки склаале нижче температури зворотного переходу в дають 2-100нм. 31. Спосіб за п.30, який відрізняється тим, що нетверду кристалічну фазу (графітизації). 19. Спосіб за будь-яким з пунктів 15-18, який віднайкраща дисперсність добавки складає 4-40нм. різняється тим, що як ультрадисперсний порошок 32. Спосіб за будь-яким з пунктів 29-31, який відрізняється тим, що термобаричну обробку здійсвикористовують ультрадисперсний порошок матеріалу кубічної структури. нюють при температурі вище значення в 300°С, 20. Спосіб за п.19, який відрізняється тим, що як але нижче температури зворотного переходу в ультрадисперсний порошок матеріалу кубічної нетверду кристалічну фазу. 33. Спосіб за будь-яким з пунктів 29-32, який відструктури використовують ультрадисперсний порізняється тим, що як ультрадисперсний порошок рошок алмазу. 21. Спосіб за п.19, який відрізняється тим, що як використовують ультрадисперсний порошок матеультрадисперсний порошок надтвердого матеріаріалу кубічної структури. 34. Спосіб за п.33, який відрізняється тим, що як лу кубічної структури використовують ультрадисперсний порошок нітриду бору. ультрадисперсний порошок матеріалу кубічної 22. Спосіб за п.19, який відрізняється тим, що як структури використовують ультрадисперсний поультрадисперсний порошок надтвердого матеріарошок алмазу. 35. Спосіб за п.33, який відрізняється тим, що як лу кубічної структури використовують ультрадисперсний порошок матеріалу четвертої групи. ультрадисперсний порошок надтвердого матеріа23. Спосіб за п.19, який відрізняється тим, що як лу кубічної структури використовують ультрадисультрадисперсний порошок надтвердого матеріаперсний порошок нітриду бору. 36. Спосіб за п.33, який відрізняється тим, що як лу кубічної структури використовують ультрадисперсний порошок сполук А3В5. ультрадисперсний порошок надтвердого матеріа24. Спосіб за будь-яким з пунктів 15-21, який відлу кубічної структури використовують ультрадисрізняється тим, що як вихідний компонент нетвеперсний порошок матеріалу четвертої групи. 37. Спосіб за п.33, який відрізняється тим, що як рдої кристалічної фази використовують гексагональний нітрид бору при співвідношенні компонентів ультрадисперсний порошок надтвердого матеріагексагонального нітриду бору й ультрадисперсної лу кубічної структури використовують ультрадисдобавки від 0,99-99,00 до 99,00-0,99мас.%, а терперсний порошок сполук А3В5. 38. Спосіб за будь-яким з пунктів 29-37, який відмобаричну обробку краще здійснюють при темперізняється тим, що як вихідний компонент нетвературі вище значення в 500°С. 25. Спосіб за будь-яким з пунктів 15-21, який відрдої кристалічної фази використовують гексагонарізняється тим, що як вихідний компонент нетвельний нітрид бору при співвідношенні компонентів рдої кристалічної фази використовують графіт при гексагонального нітриду бору й ультрадисперсної співвідношенні компонентів графіту й ультрадисдобавки від 0,99-99,00 до 99,00-0,99мас.%, а терперсної добавки від 0,99-99,00 до 99,00мобаричну обробку краще здійснюють при темпе0,99мас.%, а термобаричну обробку краще здійсратурі вище значення в 500°С. 39. Спосіб за будь-яким з пунктів 29-37, який віднюють при температурі вище значення 700°С. 26. Спосіб за будь-яким з пунктів 15-23, який відрізняється тим, що як вихідний компонент нетверізняється тим, що як вихідний компонент нетвердої кристалічної фази використовують графіт при рдої кристалічної фази використовують суміш співвідношенні компонентів графіту і ультрадиспеграфіту і гексагонального нітриду бору при співвідрсної добавки від 0,99-99,00 до 99,00-0,99мас.%, а ношенні компонентів від 0,99-99 : 99-0,99мас.%, а термобаричну обробку краще здійснюють при тетермобаричну обробку краще здійснюють при температурі вище значення 700°С. 40. Спосіб за будь-яким з пунктів 29-37, який відмпературі вище значення 700°С. 27. Спосіб за будь-яким з пунктів 15-24, який відрізняється тим, що як вихідний компонент нетверізняється тим, що термобаричну обробку здійсрдої кристалічної фази використовують суміш нюють протягом 20-300с. графіту і гексагонального нітриду бору при співвід28. Спосіб за п.25, який відрізняється тим, що ношенні компонентів від 0,99-99 : 99-0,99мас.%, а термобаричну обробку краще здійснюють протятермобаричну обробку краще здійснюють при гом 40-80с. температурі вище значення 700°С. 5 76963 6 41. Спосіб за будь-яким з пунктів 29-40, який від42. Спосіб за п.41, який відрізняється тим, що різняється тим, що термобаричну обробку здійстермобаричну обробку краще здійснюють протянюють протягом 20-300с. гом 40-80с. Винахід стосується техніки одержання надтвердих матеріалів (НТМ), а саме, синтезу алмазів, кубічного нітриду бору, полікристалічних та композиційних матеріалів на їх основі, виробництву порошків та інструментів, що містять такі матеріали, і що застосовуються, зокрема, для виробництва абразивного і ріжучого інструменту. На даний час до надтвердих матеріалів відносять алмаз, кубічний нітрид бору, фулерени, а також їх порошки, полікристалічні та композиційні матеріали на їх основі. В промисловості застосовуються різні методи отримання штучних алмазів з графіту в умовах високого тиску та температури. Відомі також й аналогічні методи отримання кубічного нітриду бору з гексагонального нітриду бору. Відомі способи отримання штучних алмазів шляхом впливу високого тиску та температури на шихту, що містить графіт як основний компонент, у суміші з каталізатором, протягом заданого часу [див. Верещагін Л.Ф.- Вибрані праці. Синтетичні алмази і гідроекструзія. - М.: "Наука". 1982. - С.4347, С.78-86]. Для підвищення ступеня перетворювання графіту в алмаз до каталізатору вводять легуючі домішки, підвищують тиск і тривалість синтезу. Однак введення легуючих добавок ускладнює технологічний процес. Тому, як правило, для створення економічних процесів використовують один вид каталізатору. Зміна часу синтезу в широкому діапазоні обмежується термостійкістю матеріалу теплоізоляційного контейнеру та стійкістю апаратів високого тиску з твердого сплаву. Тривалий час синтезу також підвищує енерговитрати та, відповідно, вартість ПТМ. Підвищення тиску з метою підвищення ступеня переходу графіту в алмаз для камери одного об'єму призводить до зменшення кількості її циклів роботи, що економічно невигідно. Проте використання камер високого тиску 7-10ГПа іншої конструкції при одному і тому ж пресовому обладнанні пов'язане зі зменшенням об'єму камери, що призводить до підвищених витрат твердого сплаву, що використовується для вироблення камер високого тиску. Аналогічні проблеми стають і при синтезі інших надтвердих матеріалів, наприклад, кубічного нітриду бору, що в багатьох випадках представляє великий інтерес через його більшу, ніж у алмазу, термостійкість при близькій до алмазу твердості та технологічній сумісності з залізом та його сплавами. Відомий спосіб отримання штучних алмазів, що включає імпульсний вплив на зразок графіту і металу тиском та нагрівом шляхом пропускання імпульсу електричного струму по зразку, що містить метал з групи: мідь, алюміній, нікель, залізо з включенням дрібнодисперсних частинок графіту, середній розмір яких є 5-150мкм, при наступному співвідношенні компонентів об. %: графіт - 5-55, метал вказаної групи - 45-95 [див. патент РФ №1820890, МПК С01В31/06, опублікований 07.06.93]. Відомий спосіб дозволяє спростити технологію отримання алмазів, однак, для відомого способу характерний невисокий вихід алмазів, необхідність використання каталізаторів и, отже, додаткових технологічних процесів їх вироблення та хімічного видалення після синтезу. Частинки, що синтезуються, мають широкий розкид значень за розмірами. Крім того, цей спосіб також залишається занадто енергоємним. Відомий спосіб отримання алмазів, що включає вплив на вуглецевмісний матеріал високого тиску при нагріві в області стабільності алмазу. В якості вуглецевмісного матеріалу використовують альфа-карбін в аморфній формі. Альфа-карбін може вміщувати вуглець в кількості 99,099,9мас.%, а нагрів ведуть до температури 14001700°С [див. авторське свідоцтво СРСР №1533221. МПК С01В31/06. опубліковане 23.02.93]. Відомий спосіб дозволяє прискорити процес та дещо підвищити вихід алмазів, проте відсоток виходу все ж таки є недостатньо високий. Цей спосіб також залишається енергоємним. Відомий спосіб отримання полікристалічного алмазу, що містить нагрів вуглецевмісного матеріалу, відокремленого від каталізатору розподільчим шаром, під тиском з подальшою витримкою при температурі та тиску синтезу. Нагрів матеріалу здійснюють зі швидкістю 1500-2000град/с при зміні тиску зі швидкістю 3-4ГПа. Витримку проводять 0,5-5,0с, при цьому в якості "розподільчого шару" використовують матеріал твердістю 0,45-5,0ГН/м і дисперсністю 1-10мкм. Витримку при синтезі ведуть при 1800-2100°К і тиску 7-8ГПа [див. авторське свідоцтво СРСР №1340030. МПК С01В31/06, опубліковане 15.06.96]. Відомий спосіб потребує застосування доволі високих температур і тиску та не забезпечує отримання алмазів великого розміру. В цьому способі також використовуються каталізатори синтезу та розміри частинок мають широкий розкид значень. Відомий спосіб отримання алмазу, що включає стискання вуглецевмісного матеріалу до достатньої величини і його нагрів з подальшою витримкою при температурі та тиску синтезу. В якості вуглецевмісного матеріалу використовують фулерен різної молекулярної ваги (від С37 до С84). В глибині зразку може створюватися градієнт тиску вище 1ГПа/мм. Величина основного тиску досягає 15-25ГПа. Тиск може бути знижений нагрівом до температури нижче 1000°С [див. міжнародну заявку WO №93/02012. МПК С01В31/00, опублікована 04.02.93]. Відомий спосіб дозволяє отримувати алмази високої якості, зокрема полікристалічні, проте його 7 76963 8 здійснення потребує застосування надмірно висота цементуючими й пластифікуючими добавками в ких тисків та/або створення градієнта тиску, що якості зв'язуючого. Матеріали для твердосплавних суттєво ускладнює обладнання, що застосовуінструментів отримують об'ємним сполученням ється. компонентів, один з яких пластичний (зв'язуюче), а Відомий спосіб отримання алмазів з вихідного другий має високу міцність, твердість, стійкість порошкоподібного матеріалу, що містить вуглець проти абразивного зношування та жорсткість (наяк основний компонент, та включає вплив на вкаповнювач). Необхідні інструментальні властивості заний матеріал тиску в межах 2-50ГПа при прикзабезпечуються високодисперсною структурою ладанні до матеріалу градієнта тиску та одночасзв'язки. Існує принципова необхідність зберегти в ному нагріванні випромінюванням частинок матеріалі, що синтезується, ультратонку структуру матеріалу, до якого прикладений максимальний або у всій його масі, або в міжзернистій області, тиск, лазерним випромінюванням. В якості основщо виконує і роль цементуючої й пластифікуючої ного компонента порошкоподібного матеріалу взязв'язки. тий фулерен С60 або вуглецеві мікротрубки [патент Відомий спосіб вироблення алмазного інструСША №5360477. МПК С30В29/00, опублікований менту шляхом спікання порошків алмазу мікронно01.11.1994]. го розміру з порошком ультрадисперсних алмазів. Відомий спосіб дозволяє підтримувати постійПри цьому утворюється високоякісний інструмент ну температуру зразку достатньо тривалий час, зі щільністю до 85% щільності алмазу. В цьому проте при цьому значно ускладнюється обладнанспособі не використовується графіт, спікання поня, що використовується. Лазерний нагрів також рошків відбувається на межах зерен. [Дивись потребує значних енерговитрат. японську патентну заявку JP2030667 авторів Ще один відомий спосіб, достатньо близький KONDO KENICHI та інші на ім'я NIPPON OIL & до запропонованого за суттєвими ознаками, вклюFATS CO LTD, опубліковану 1990-02-01]. чає вплив на порошок фулерену, що розміщений Цей спосіб потребує більшої кількості вихідноміж двома шарами графіту загальною масою блиго алмазного порошку, а також здійснюється при зько 10% від маси фулерену, тиску в 6,7ГПа та достатньо високих температурах. нагрівом до температури 1200-1850°С з каталізаДля отримання порошків надтвердих матеріаторами: нікель, кобальт та сплав кобальту [Bocлів, що отримуються в результаті термобаричної quillon G. Boaicevie С. Fabre C. Rassat Α.- Ceo Fulобробки, епіки подрібнюють, протравлюють для lerene as Carbon Source for Diamond Syntesis,видалення залишків каталізатору та інших компоJoum.Phys.Chem,-1993. v.97. p.12924-12927]. нентів. Потім порошки розділяють за розмірами та Відомий спосіб дозволяє підняти вихід алмазів формою. Всі ті операції збільшують вартість НТМ до величини порядку 90%, проте при цьому припорошків: ходиться впливати достатньо високого тиску 1. [Н.В. Новіков, Д.В. Федосіїв, А.А. Шульжен(6,7ГПа), що веде до ускладнення обладнання, що ко, Г.П. Богатирьова. Синтез алмазів - Київ: Наувикористовується. Крім того, температури, що кова Думка, 1987, С.37, 42-46, 133-144]. прикладаються, є досить високими та обумовлю2. [Надтверді матеріали. / під загальною редають більші енерговитрати та високу вартість алмакцією академіка АН УССР І.Η. Францевича. - Київ: зів, що виробляються. Наукова Думка, 1980. - С.195-210]. Відомий найбільш близький спосіб синтезу Задачею даного винаходу є розробка такого алмазів, у якому в якості кристалоутворювальної способу отримання надтвердих матеріалів, який або каталітичної домішки використовують порошок би забезпечував високий вихід НТМ при знижених фулерену, що розподілений у графіті. В цьому температурах та порівняно невисокому тиску без способі синтез відбувається при порівняно малих використання каталізаторів. тисках (4,5-5,5ГПа). Спосіб також характеризуєтьПоставлена задача вирішується тим, що в ся достатньо високим виходом алмазу. способі отримання НТМ, в тому числі, штучних Відомий спосіб спікання кубічного нітриду бору алмазів, що включає вплив тиском на шихту та з шихти по А.С. СРСР №4460599 Нуждіна С.Г. та нагрівом з графітом та/або гексагональним нітриінші. Відповідно до цього способу, шихта для вигодом бору, вводиться кристалоутворювальна добатовлення надтвердого композиційного матеріалу вка, з подальшою витримкою при температурі, вміщує суміш ультрадисперсного порошку нітриду достатній для синтезу. бору, порошку кубічного нітриду бору з розміром Несподівано виявилося, що якщо в шихту, що зерна 3-100мкм та вюрцитоподібного нітриду бору містить графіт або іншу нетверду кристалічну фазу при наступному їх співвідношенні, мас.%: ультрадвохфазного матеріалу, вводити ультрадисперсні дисперсний порошок нітриду бору 10-20, вюрциточастинки матеріалу кубічної структури, температуподібний нітрид бору 3-4, кубічний нітрид бору з ра синтезу може бути суттєво знижена, а вихід розміром зерна 3-100мкм решта. Вказана шихта з НТМ суттєво збільшений. каталітичними добавками та зв'язуючим спікається Проведені експерименти показали, що ввепри високій температурі та тиску. дення ультрадисперсних частинок є необхідною Цей метод фактично забезпечує тільки спіканумовою збільшення виходу НТМ. ня частинок за допомогою зв'язуючого, а не синтез Виявлений ефект, певно, зумовлений тими надтвердого матеріалу. Крім того, температура обставинами, що нанометрові частинки при відтспікання також залишається високою. ворюванні НТМ ведуть себе як каталізатор, вистуДля вироблення якісних твердосплавних інпаючи, можливо, в ролі центрів кристалізації часструментів звичайно використовують різні методи тинок НТМ при знижених температурах. спікання порошків НТМ з зернами різного розміру Спосіб синтезу надтвердих матеріалів, відпо 9 76963 10 відно до винаходу, що заявляється, включає підголу часу. товлення шихти, що включає матеріали нетвердої Даний спосіб характеризується тим, що в якокристалічної фази, введення кристалоутворювасті кристалоутворювальних добавок використовульних добавок, здійснення термобаричної обробки ють ультрадисперсний порошок. суміші при тиску та температурі вище визначених При цьому розміри частинок ультрадисперсної значень протягом визначеного інтервалу часу. домішки складають 2-100нм. Краща дисперсність Спосіб характеризується тим, що в якості кридомішки складає 4-40нм. сталоутворювальних добавок використовують Далі спосіб характеризується тим, що в якості ультрадисперсний порошок матеріалу кубічної ультрадисперсного порошку використовують ультструктури. радисперсний порошок матеріалу кубічної струкВ одному з варіантів в якості ультрадисперстури. ного порошку матеріалу кубічної структури викориВ одному з варіантів в якості ультрадисперсстовують ультрадисперсний порошок алмазу. ного порошку матеріалу кубічної структури викориВ іншому варіанті в якості ультрадисперсного стовують ультрадисперсний порошок алмазу. порошку надтвердого матеріалу кубічної структури В іншому варіанті в якості ультрадисперсного використовують ультрадисперсний порошок нітрипорошку надтвердого матеріалу кубічної структури ду бору. використовують ультрадисперсний порошок нітриЩе один варіант здійснення способу характеду бору. ризується тим, що в якості ультрадисперсного поЩе в одному варіанті в якості ультрадисперсрошку надтвердого матеріалу кубічної структури ного порошку надтвердого матеріалу кубічної використовують ультрадисперсний порошок матеструктури використовують ультрадисперсний поріалу четвертої групи. рошок матеріалу четвертої групи. Також в якості Спосіб може характеризуватися також тим, що ультрадисперсного порошку надтвердого матеріав якості ультрадисперсного порошку надтвердого лу кубічної структури можливо використовувати матеріалу кубічної структури використовують ульультрадисперсний порошок сполук А3В5. 3 5 традисперсний порошок сполук А В . Спосіб виготовлення інструментів характериСпосіб також характеризується тим, що розмізується тим, що термобаричну обробку здійснюри частинок ультрадисперсної домішки складають ють при температурі вище значення в 300°С, але 2-100нм. нижче температури зворотного переходу в нетвеНайкраща дисперсність домішки складає рду кристалічну фазу. 4-40нм. Якщо в якості вихідного компонента нетвердої Відповідно до винаходу спосіб також характекристалічної фази використовують гексагональний ризується тим, що термобаричну обробку здійснітрид бору при співвідношенні компонентів гексанюють при температурах вище значення в 300°С, гонального нітриду бору й ультрадисперсної доале нижче температури зворотного переходу в мішки від 0,99-99,00 до 99,00-0,99мас.%, то тернетверду кристалічну фазу. мобаричну обробку краще здійснюють при Якщо в якості вихідного компонента нетвердої температурі вище значення в 500°С. кристалічної фази використовують гексагональний Якщо в якості вихідного компонента нетвердої нітрид бору при співвідношенні компонентів гексакристалічної фази використовують графіт при гонального нітриду бору й ультрадисперсної доспіввідношенні компонентів графіту й ультрадисмішки від 0,99-99,00 до 99,00-0,99ваг.%, то термоперсної домішки від 0,99-99,00 до 99,00баричну обробку краще здійснюють при 0,99мас.%, то термобаричну обробку краще здійстемпературі вище значення в 500°С. нюють при температурі вище значення 700°С В іншому варіанті в якості вихідного компоненКрім того, в якості вихідного компонента нета нетвердої кристалічної фази використовують твердої кристалічної фази використовують суміш графіт при співвідношенні компонентів графіту й графіту та гексагонального нітриду бору при співультрадисперсної домішки від 0,99-99,00 до 99,00відношенні компонентів від 0,99-99:99-0,99мас.%, 0,99ваг.%, а термобаричну обробку краще здійса термобаричну обробку краще здійснюють при нюють при температурі вище значення в 700°С. температурі вище значення 700°С. Далі в якості вихідного компонента нетвердої Далі способи виготовлення інструментів харакристалічної фази можливо використовувати суктеризуються тим, що термобаричну обробку здійміш графіту та гексагонального нітриду бору при снюють протягом 20с-300с. співвідношенні компонентів від 0,99-99:99Краще термобаричну обробку здійснюють про0,99ваг.%, в цьому разі термобаричну обробку тягом 40с-80с. Ще один об'єкт винаходу - спосіб краще здійснюють при температурі вище значення виготовлення надтвердих порошків заданого роз750°С. міру, включає підготовлення шихти, що включає Тривалість термобаричної обробки, відповідно матеріали нетвердої кристалічної фази, введення до винаходу, складає 20с-300с. Краще термобарикристалоутворювальних добавок, попереднє форчну обробку здійснюють протягом 40с-80с. Спосіб мування компакту, здійснення термобаричної обвиготовлення надтвердих інструментів, відповідно робки суміші при тиску або температурі вищих за до винаходу, включає підготовлення шихти, що критичні значення протягом визначеного інтервалу включає матеріали нетвердої та/або надтвердих часу і подальшу обробку компакту для виділення кристалічних фаз, введення добавок, попереднє порошку тієї дисперсності, що необхідна. формування інструменту, здійснення термобаричДаний спосіб характеризується тим, що в яконої обробки суміші при тиску та температурі вище сті кристалоутворювальних добавок використовукритичних значень протягом визначеного інтервають ультрадисперсний порошок, а обробку ком 11 76963 12 пакту після термобаричної обробки здійснюють льного нітриду бору закривають з обох боків кришшляхом травлення лугом для матеріалів, що місками, виготовленими пресуванням суміші графіту тять нітрид бору та/або за допомогою відпалу в та гексагонального нітриду бору. Споряджений середовищі кисню для матеріалів, що містять гратаким чином контейнер поміщають в апарат висофіт. При цьому розміри частинок ультрадисперсної кого тиску та стискають його до тиску, що відповідомішки складають 2-100нм. Краща дисперсність дає області усталеного формування алмазу й далі домішки складає 4-40нм. нагрівають шляхом пропускання електричного Далі спосіб характеризується тим, що в якості струму через шихту або нагрівальний елемент до ультрадисперсного порошку використовують ульттемператури, що відповідає цьому тискові, далі радисперсний порошок матеріалу кубічної струквитримують при таких температурі та тиску протятури. гом заданого часу. Після витримки вимикають елеВ одному з варіантів в якості ультрадисперсктричний струм, знімають тиск і витягують продукт ного порошку матеріалу кубічної структури викорисинтезу НТМ. стовують ультрадисперсний порошок алмазу. Отриманий ефект найбільш наочно простежуВ іншому варіанті в якості ультрадисперсного ється по спектрограмах, наведених на Фіг.1, 2, 3, порошку надтвердого матеріалу кубічної структури на яких показані деякі результати з експериментавикористовують ультрадисперсний порошок нітрильного визначення залежності частки переходу ду бору. гексагонального нітриду бору в кубічний нітрид Ще в одному варіанті в якості ультрадисперсбору. Наочність ярко виражена для нітриду бору, ного порошку надтвердого матеріалу кубічної тому що рентгенівські лінії різних фаз нітриду бору структури використовують ультрадисперсний подобре різняться. рошок матеріалу четвертої групи. Також в якості На Фіг.1 представлені рентгенівські дифракультрадисперсного порошку надтвердого матеріаційні характеристики, виміряні при опроміненні лу кубічної структури можливо використовувати СuK 1( =,5405А). ультрадисперсний порошок сполук А3В5. Склад шихти: 10мас.% УДА, 90мас.% ГНБ, Спосіб виготовлення порошків характеризуР=5,0Гпа, Т=570°С, t=100c. ється тим, що термобаричну обробку здійснюють На Фіг.2 представлені рентгенограми зразків, при температурі вище значення в 300°С, але нижсинтезованих при Р=6,0ГПа, Т=570°С при різному че температури зворотного переходу в нетверду часі термобаричного впливу. кристалічну фазу. Склад вихідної шихти: 10мас.% УДА; 90мас.% Якщо в якості вихідного компонента нетвердої ГНБ. кристалічної фази використовують гексагональний На Фіг.3 представлені фрагменти рентгеногнітрид бору при співвідношенні компонентів гексарами зразку, складу вихідної шихти: 20мас.% УДА; гонального нітриду бору й ультрадисперсної до80мас.% ГНБ, що синтезований при Р=7,0ГПа, мішки від 0,99-99,00 до 99,00-0,99мас.%, то терТ=650°С, t=40с. Рентгенограми показують повне мобаричну обробку краще здійснюють при β перетворення в нітриді бору. температурі вище значення в 500°С. На Фіг.4 представлені фотографії сколів зразЯкщо в якості вихідного компонента нетвердої ків, отриманих при синтезі кубічного нітриду бору в кристалічної фази використовують графіт при залежності від часу синтезу. співвідношенні компонентів графіту й ультрадисА: Зразок КНБ-УДА Р=6,0ГПа, Т=650°С, t=20c. персної домішки від 0,99-99,00 до 99,00В: Зразок КНБ-УДА Р=6,0ГПа, Т=650°С, t=40c. 0,99мас.%, то термобаричну обробку краще здійсС: Зразок КНБ-УДА Р=6,0ГПа, Т=650°С, нюють при температурі вище значення 700°С t=100c. Крім того, в якості вихідного компонента неНа Фіг.5 показані умовні схеми надтвердих матвердої кристалічної фази використовують суміш теріалів, що отримані при різному вмісті в шихті графіту та гексагонального нітриду бору при співУДА (крайні та середнє значення), надтвердої відношенні компонентів від 0,99-99:99-0,99мас.%, складової - наповнювача (алмаз) (крайні та середа термобаричну обробку краще здійснюють при нє значення) і зв'язуючого (графіт) та залежності: температурі вище значення 700°С а) виходу надтвердої складової (алмаз) від Далі способи виготовлення інструментів харатемператури (по вертикалі) і ктеризуються тим, що термобаричну обробку здійб) розмірів кристалів НТМ від часу обробки (по снюють протягом 20с-300с. горизонталі). Краще термобаричну обробку здійснюють проНа Фіг.6 представлені порівняльні діаграми тетягом 40с-80с. хнологічних процесів синтезу полікристалічних Приклади конкретного здійснення. НТМ за відомим та заявленим способах. Спосіб отримання надтвердих матеріалів, що На Фіг.7 представлені порівняльні діаграми тезаявляється, здійснюють наступним чином. Готухнологічних процесів отримання порошків НТМ за ють шихту з графіту або/та гексагонального нітривідомим та заявленим способах. ду бору з додаванням та змішуванням кристалоутВаріанти здійснення винаходу. ворювальних добавок у змішувачі. Отриману Нижче наведені приклади конкретного здійсшихту брикетують під тиском і розміщують або в нення способу отримання штучних НТМ. порожнину теплоелектроізоляційного контейнеру Заявлений спосіб отримання надтвердих мадля графіту, або в циліндричний нагрівальний теріалів здійснюють наступним чином. елемент, виготовлений з суміші графіту з гексагоГотують шихту з вихідного матеріалу (графіту, нальним нітридом бору, а потім в порожнину тепгексагонального нітриду бору (ГНБ), чи суміші лоелектроізоляційного контейнеру для гексагонаграфіту з гексагональним нітридом бору) з дода 13 76963 14 ванням ультрадисперсних порошків (наприклад, рдого матеріалу. ультрадисперсного алмазу (УДА), ультрадисперсОтриманий ефект виразно простежується з ного порошку кубічного нітриду бору (УДПНБ), прикладів, наведених нижче. ультрадисперсних порошків матеріалів 4 групи, 1.1. Матеріал и на основі алмазу. наприклад, кремнію (УДПК), ультрадисперсних Готують шихту з вихідного матеріалу: графіту 3 5 порошків матеріалів А В , наприклад, нітриду з додаванням шляхом змішування ультрадисперсалюмінію (УДПНА) і змішуванням їх у змішувачі. них порошків (наприклад, ультрадисперсного алОтриману шихту брикетують під тиском і розмазу, ультрадисперсного порошку кубічного нітриміщують у циліндричні нагрівальні елементи з суду бору, ультрадисперсних порошків матеріалів 4 міші графіту та гексагонального нітриду бору в групи, ультрадисперсних порошків матеріалів порожнині теплоелектроізоляційного контейнеру, А3В5) у змішувачі. закриваючи з обох боків кришками, виготовленими Далі брикетують шихту, піддаючи її тиску пресуванням суміші графіту і гексагонального нітР=0,5ГПа, і поміщають у циліндричну ємність теприду бору. лоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з Споряджений таким чином контейнер поміщаобох боків пресованими кришками з суміші графіту ють в апарат високого тиску і стискають його до та вапняку. тиску, що відповідає області усталеного формуСпоряджений таким чином контейнер поміщавання, відповідного надтвердого матеріалу, і далі ють в апарат високого тиску і стискають його до нагрівають за рахунок пропускання електричного тиску, що відповідає області усталеного формуструму через нагрівальний елемент чи шихту до вання алмазу, і далі нагрівають за рахунок пропустемператури, що відповідає цьому тискові, далі кання електричного струму через шихту до темпевитримують при таких температурі та тиску протяратури, що відповідає цьому тискові, далі гом заданого часу. витримують при таких температурі та тиску протяПісля витримки вимикають електричний струм, гом заданого часу. знімають тиск і витягують продукт синтезу - компаПісля витримки вимикають електричний струм, ктний надтвердий матеріал, що містить ультрадизнімають тиск і витягують продукт синтезу - надсперсний порошок шихти, надтверду складову твердий матеріал, що містить УДА, алмаз і зв'язу(алмаз, КНБ, суміш алмазу і КНБ) і зв'язуюче (граюче - графіт. фіт, гексагональний нітрид бору або суміш графіту У результаті, в залежності від практичного з гексагональним нітридом бору). призначення, отримують матеріали з різним співВ результаті, в залежності від практичного відношенням між надтвердими складовими (дрібпризначення, отримують матеріали з різним співнодисперсною складовою - УДА і алмазу з задавідношенням між надтвердими складовими (дрібними розмірами частинок) і зв'язуючим - графітом. нодисперсною складовою - УДА, УДПНБ, УДПК, 1.1.1. Використання ультрадисперсного алмаУДПНА та складовою НТМ з заданими розмірами зу (УДА). частинок - алмаз, КНБ або їх суміш) і зв'язуючим Нижче наведені приклади (Таблиця 1) конкреграфіт, ГНБ або їх суміш. тного здійснення способу отримання штучних надМетодом рентгеноструктурного дифракційного твердих матеріалів, що містять УДА і алмаз, в якоаналізу визначають ступінь переходу нетвердої сті ультрадисперсного порошку використовується фази матеріалу в надтверду фазу. Визначають ультрадисперсний порошок алмазу. склад отриманого продукту - компактного надтвеТаблиця 1 Приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містять УДА і алмаз № прикла- Склад вихідної шихти, мас.%. ду графіт УДА 1 2 3 4 5 6 7 99,5 99,0 95,0 80,0 50,0 5,0 1,0 0,5 1,0 5,0 20,0 50,0 95,0 99,0 8 9 10 11 12 13 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Склад продукту синтезу, мас.% алмаз графіт УДА 1. Склад вихідної шихти 6,0 800 40 0,8 98,7 0,5 6,0 800 40 7,0 92,0 1,0 6,0 800 40 28,5 66,5 5,0 6,0 800 40 52,0 28,0 20,0 6,0 800 40 32,5 17,5 50 6,0 800 40 4,0 1,0 95,0 6,0 800 40 0,9 0,1 99,0 2. Залежність від температури 6,0 300 30 0,6 79,4 20,0 6,0 300 30 3,2 76,8 20,0 6,0 850 30 56,0 24,0 20,0 6,0 1600 30 72,0 8,0 20,0 6,0 2000 30 2,4 77,6 20,0 6,0 2100 30 0,0 80,0 20,0 Ρ, ГПа T, °С t, с. Ступінь перетворення, % 0,8 7,0 30,0 65,0 65,0 80,0 85 0,8 4,0 70,0 90,0 3,0 0,0 15 76963 16 Продовження таблиці 1 Склад продукту синтезу, мас.% № прикла- Склад вихідної шихти, мас.%. Ρ, ГПа T, °С t, с. ду графіт УДА алмаз графіт УДА 3. Залежність від часу термобаричної обробки 14 80,0 20,0 6,0 800 5 0,6 79,4 20,0 15 80,0 20,0 6,0 800 10 3,2 76,8 20,0 16 80,0 20,0 6,0 800 40 60,0 20,0 20,0 17 80,0 20,0 6,0 800 60 64,0 16,0 20,0 18 80,0 20,0 6,0 800 300 68,0 12,0 20,0 1.2. Інструменти з надтвердого матеріалу на основі алмазу Приклад 19. Готують шихту з графіту з додаванням УДА у співвідношенні 80,0мас.% графіт, 20,0мас.% УДА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення ультрадисперсного порошку алмазу в об'ємі графіту. Здійснюють попереднє формування інструменту потрібної форми та розмірів, заповнюють формоутворювальні простори під високим тиском інертною речовиною, такою, що легко вилучається після термобаричної обробки, наприклад, NaCI. Далі брикетують заготовку, піддаючи її тиску Р=0,5ГПа і поміщають у циліндричну ємність теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків пресованими кришками з суміші графіту та вапняку. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 6,5ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через шихту електричного струму до температури 800°С і витримують при даних параметрах протягом 40 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукт синтезу. Після розчинення формоутворювального NaCI у воді отримують необхідну заготовку для інструменту. Методом рентгеноструктурного дифракційного аналізу визначають частку переходу графіту в алмаз в матеріалі інструменту, що складає у середньому 90,0% від маси графіту. Склад отриманого матеріалу для інструменту - 20,0мас.% УДА, 72,0мас.% алмаз, 8,0мас.% графіт. 1.3. Отримання алмазних порошків заданої зернистості. Приклад 20. Готують шихту з графіту з додаванням УДА у співвідношенні 90,0мас.% графіт, 10,0мас.% УДА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення ультрадисперсного порошку алмазу в об'ємі графіту. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типу "тороїд", стискають до тиску 6,5ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через шихту електричного струму до температури 800°С і витримують при даних параметрах протягом 40 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукт синтезу. Визначають частку переходу графіту в алмаз в матеріалі інструменту, що склала у середньому 95% від маси графіту. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 85,5мас.% алмаз, 4,5мас.% графіт. Методом прожарювання в середовищі кисню вилучають графіт. Вихід продукту НТМ - 95,5мас.%., алмазу 86,5мас.%. Розміри частинок алмазу - 1,3±0,1мкм. Ступінь перетворення, % 0,7 4,0 75,0 80,0 85,0 Приклад 21. Виконують ті ж самі операції і при тих же тисках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, але термообробку проводять протягом 120с. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 87,0мас.% алмаз, 3,0мас.% графіт. Методом прожарювання в середовищі кисню вилучають графіт. Вихід продукту НТМ - 97,0мас.%., алмазу 87,0мас.%. Розміри частинок алмазу - 3,1±0,1мкм. Приклад 22. Виконують ті ж самі операції і при тих же тисках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, але термообробку проводять протягом 20с. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 75,0мас.% алмаз, 15,0мас.% графіт. Методом прожарювання в середовищі кисню вилучають графіт. Вихід продукту НТМ - 85,0мас.%., алмазу - 75,0мас.%. Розміри частинок алмазу - 0,3±0,05мкм. 2. Матеріали на основі кубічного нітриду бору. Готують шихту з вихідного матеріалу гексагонального нітриду бору з додаванням змішуванням ультрадисперсних порошків (наприклад, ультрадисперсного алмазу, ультрадисперсного порошку кубічного нітриду бору, ультрадисперсних порошків матеріалів 4 групи, ультрадисперсних порошків матеріалів А3В5) у змішувачі. Отриману шихту брикетують під тиском Р=0,5ГПа і розміщують у циліндричні нагрівальні елементи з суміші графіту і гексагонального нітриду бору в порожнині теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків кришками, виготовленими пресуванням суміші графіту і гексагонального нітриду бору. Споряджений таким чином контейнер поміщають в апарат високого тиску і стискають його до тиску, що відповідає області усталеного формування кубічного нітриду бору, та далі нагрівають за рахунок пропускання електричного струму через нагрівальний елемент до температури, що відповідає цьому тискові, Далі витримують при таких температурі та тиску протягом заданого часу. Після витримки вимикають електричний струм, знімають тиск і витягують продукт синтезу - надтвердий матеріал, що містить УДА, КНБ і зв'язуюче - гексагональний нітрид бору. У результаті, в залежності від практичного призначення, отримують матеріали з різним співвідношенням між надтвердими складовими (дрібнодисперсною складовою - УДА і КНБ з заданими розмірами частинок) і зв'язуюче гексагональним нітридом бору. Нижче наведені приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містить УДА і кубічний нітрид бору. 2.1.1. Використання ультрадисперсного алмазу (УДА). 17 76963 18 Таблиця 2 Приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містять УДА і кубічний нітрид бору № прикла- Склад вихідної шихти, мас, %. Ρ, ГПа T, °С t, с. Склад продукту синтезу, мас.% ду ГНБ УДА КНБ ГНБ УДА 1. Склад вихідної шихти 23 99,5 0,5 6,0 600 40 0,9 98,6 0,5 24 99,0 1,0 6,0 600 40 9,9 89,1 1,0 25 95,0 5,0 6,0 600 40 38,0 57,0 5,0 26 80,0 20,0 6,0 600 40 64,0 16,0 20,0 27 50,0 50,0 6,0 600 40 40 10 50 28 5,0 95,0 6,0 600 40 4,9 0,1 95,0 29 1,0 99,0 6,0 600 40 1,0 0,0 99,0 2. Залежність від температури 30 80,0 20,0 6,0 200 З0 0,8 79,2 20,0 31 80,0 20,0 6,0 300 З0 4,0 76,0 20,0 32 80,0 20,0 6,0 700 З0 64,0 16,0 20,0 33 80,0 20,0 6,0 1600 З0 78,4 1,6 20,0 34 80,0 20,0 6,0 2000 З0 4,0 76,0 20,0 35 80,0 20,0 6,0 2100 З0 0,8 79,2 20,0 3. Залежність від часу термобаричної обробки 36 80,0 20,0 6,0 650 5 0,8 79,2 20,0 37 80,0 20,0 6,0 650 10 4,0 76,0 20,0 38 80,0 20,0 6,0 650 40 72,0 8,0 20,0 39 80,0 20,0 6,0 650 60 72,0 8,0 20,0 40 80,0 20,0 6,0 650 300 76,0 4,0 20,0 2.2. Інструменти з надтвердого матеріалу на основі кубічного нітриду бору Приклад 41. Готують шихту з гексагонального нітриду бору з додаванням УДА у співвідношенні 80,0мас.% гексагонального нітриду бору, 20,0мас.% УДА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення ультрадисперсного порошку алмазу в об'ємі гексагонального нітриду бору. Здійснюють попереднє формування інструменту потрібної форми та розмірів, запресовують під високим тиском формоутворювальні простори інертною речовиною, такою, що легко вилучається після термобаричної обробки, наприклад, NaCI. Далі брикетують заготовку, піддаючи її тиску Р=0,5ГПа, і поміщають у циліндричну ємність теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків пресованими кришками з суміші графіту та вапняку. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 6,0ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через циліндричний нагрівальний елемент, виготовлений з суміші графіту з гексагональним нітридом бору, електричного струму до температури 700°С і витримують при даних параметрах протягом 40 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукт синтезу. Після розчинення формоутворювального NaCI у воді отримують необхідну заготовку для інструменту. Методом рентгеноструктурного дифракційного аналізу визначають частку переходу ГНБ у КНБ у матеріалі інструменту, що склала у середньому 95,0% від маси гексагонального нітриду бору. Склад отриманого матеріалу для інструменту - 20,0мас.% УДА, 76,0мас.%КНБ, 4,0мас.% гексагонального нітриду бору. 2.3. Отримання порошків кубічного нітриду бору заданої зернистості. Ступінь перетворення, % 1,0 10,0 40,0 80,0 80,0 98,0 99,5 1,0 5,0 80,0 98,0 5,0 1,0 1,0 5,0 90,0 90,0 95,0 Приклад 42. Готують шихту з гексагонального нітриду бору з додаванням УДА у співвідношенні 90,0мас.% гексагонального нітриду бору, 10,0мас.% УДА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи найбільш рівномірного розподілення ультрадисперсного порошку алмазу в об'ємі гексагонального нітриду бору. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 6,5ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через циліндричний нагрівальний елемент, виготовлений з суміші графіту з гексагональним нітридом бору, електричного струму до температури 650°С і витримують при даних параметрах протягом 40 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукт синтезу. Визначають частку переходу гексагонального нітриду бору в КНБ, що склала у середньому 97% від маси гексагонального нітриду бору. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 88,0мас.% КНБ, 2,0мас.% гексагонального нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі вилучають гексагональний нітрид бору. Вихід продукту НТМ - 98,0мас.%, КНБ - 88,0мас.%. Розміри частинок кубічного нітриду бору -1,4±0,1мкм. Приклад 43. Виконують ті ж самі операції та при тих же тисках і температурах витримки, що й у Прикладі 42, але термообробку проводять протягом 120с. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 88,0мас.% кубічного нітриду бору, 2,0мас.% гексагонального нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі вилучають гексагональний нітрид бору. Вихід продукту HTM - 98,0мас.%. кубічного нітриду бору - 88,0мас.%. Розміри частинок кубічного нітриду бору - 3,3±0,1мкм. Приклад 44. Виконують ті ж самі операції та при тих же тис 19 76963 20 ках і температурах витримки, що й у прикладі 42, вають за рахунок пропускання електричного струале термообробку проводять протягом 20с. Склад му через циліндричний нагрівальний елемент, отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 77,0мас.% виготовлений з суміші графіту і гексагонального кубічного нітриду бору, 13,0мас.% гексагонального нітриду бору до температури, що відповідає цьому нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі тискові, далі витримують при таких температурі та вилучають гексагональний нітрид бору. Вихід протиску протягом заданого часу. дукту НТМ - 87,0мас.%., кубічного нітриду бору Після витримки вимикають електричний струм, 77,0мас.%. Розміри частинок кубічного нітриду знімають тиск і витягують продукт синтезу - надбору - 0,5±0,05мкм. твердий матеріал, що містить УДА, алмаз, кубіч3.1. Матеріали на основі алмазу і кубічного ніний нітрид бору та зв'язуюче - графіт і гексагонатриду бору. льний нітрид бору. Готують шихту з вихідного матеріалу графіту і В результаті, в залежності від практичного гексагонального нітриду бору з додаванням зміпризначення, отримують матеріали з різним співшуванням ультрадисперсних порошків (наприклад, відношенням між надтвердими складовими (дрібультрадисперсного алмазу, ультрадисперсного нодисперсною складовою -УДА і алмазом і кубічпорошку кубічного нітриду бору, ультрадисперсних ним нітридом бору з заданими розмірами порошків матеріалів 4 групи, ультрадисперсних частинок) і зв'язуючим - суміш графіту і гексагонапорошків матеріалів А3В5) у змішувачі. льного нітриду бору. Далі брикетують шихту, піддаючи її тиску 3.1.1. Використання ультрадисперсного алмаР=0,5ГПа і поміщають у циліндричну ємність тепзу (УДА). лоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з Нижче наведені приклади (таблиця 3) конкреобох боків пресованими кришками з суміші графіту тного здійснення способу отримання штучних надта вапняку. твердих матеріалів, що містять УДА, алмаз і кубічСпоряджений таким чином контейнер поміщаний нітрид бору, в якості ультрадисперсного ють в апарат високого тиску і стискають його до порошку використовується ультрадисперсний потиску, що відповідає області усталеного формурошок алмазу. вання алмазу і кубічного нітриду бору, і далі нагріТаблиця 3 Приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містять УДА, алмаз і кубічний нітрид бору № прикладу Склад вихідної шихти, мас.%. графіт/ГНБ УДА Ρ, ГПа T, °С t, с. графіт/ГНБ УДА Ступінь перетворення, % графіталмаз/ГНБ-КНБ 98,2/0,5 99,0/0,4 92,0/1,0 98,0/0,2 63,0/4,7 85,5/0,7 20,0/36,0 39,6/4,0 5,0/12,5 17,5/2,5 0,5 0,5 1,0 1,0 5,0 5,0 20,0 20,0 50 50 0,8/0,0 0,0/20,0 7,0/0,0 0,0/80,0 30,0/5,0 5,0/85,0 70,0/10,0 1,0/90,0 80,0/50,0 30,0,0/90,0 Склад продукту синтезу, мас.% 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 99,0/0,5 99,0/0,5 98,0/1,0 98,0/1,0 90,0/5,0 90,0/5,0 40,0/40,0 40,0/40,0 25,0/25,0 25,0/25,0 0,5 0,5 1,0 1,0 5,0 5,0 20,0 20,0 50,0 50,0 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,0 6,0 алмаз/КНБ 1. Склад вихідної шихти 800 40 0,8/0,0 650 40 0,0/0,1 800 40 7,0/0,0 650 40 0,0/0,8 800 40 27,0/0,3 650 40 4,5/4,3 800 40 28,0/4,0 650 40 0,4/36,0 800 40 20,0/12,5 650 40 7,5/22,5 55 56 57 58 59 60 5,0/90,0 5,0/90,0 1,0/98,0 1,0/98,0 0,5/99,0 0,5/99,0 5,0 5,0 1,0 1,0 0,5 0,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 650 800 650 800 650 800 40 40 40 40 40 40 0,3/76,5 1,5/18,0 0,0/63,7 0,4/13,7 0,0/4,5 0,3/0,5 4,7/13,5 4,5/72,0 0,0/34,3 0,6/84,3 0,0/94,5 0,2/98,5 5,0 5,0 1,0 1,0 0,5 0,5 5,0/85,0 30,0/20,0 0,0/65,0 40,0/15,0 0,0/5,0 0,6/0,5 61 62 5,0/5,0 5,0/5,0 90,0 90,0 6,0 6,0 800 650 40 40 3,7/2,0 0,05/3,5 1,3/3,0 4,8/1,5 90,0 90,0 75,0/40,0 1,0/70,0 63 64 2,5/2,5 2,5/2,5 95,0 95,0 6,0 6,0 800 650 40 40 2,0/0,9 0,02/1,0 0,5/1,6 2,45/1,5 90,0 90,0 80,0/35,0 1,0/40,0 65 66 0,5/0,5 0,5/0,5 99,0 99,0 6,0 6,0 0,5/0,5 0,5/0,5 90,0 90,0 0,1/0,1 0,1/0,1 67 68 69 70 71 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 39,8/39,6 39,6/4,0 36,8/4,0 20,0/12,0 2,0/36,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 0,05/0,1 1,0/90,0 8,0/90,0 50,0/70,0 70,0/10,0 800 40 0,0/0,0 650 40 0,0/0,0 2. Залежність від температури 300 40 0,2/0,4 650 40 0,4/36,0 700 40 3,2/36,0 750 40 20,0/28,0 800 40 28,0/4,0 21 76963 22 Продовження таблиці 3 № прикладу 72 73 74 75 Склад вихідної шихти, мас.%. графіт/ГНБ УДА 40,0/40,0 20,0 40,0/40,0 20,0 40,0/40,0 20,0 40,0/40,0 20,0 76 77 78 79 80 81 82 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 83 84 85 86 87 88 89 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 40,0/40,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Ρ, ГПа T, °С t, с. алмаз/КНБ графіт/ГНБ 6,0 850 40 30,0/0,4 10,0,39,6 6,0 1600 40 36,0/36,0 4,0/4,0 6,0 2000 40 1,2/2,0 38,8/38,0 6,0 2100 40 0,04/0,12 39,9/39,9 3. Залежність від часу термобаричної обробки 6,0 650 5 0,0/0,4 40,0/39,6 6,0 650 10 0,0/2,0 40,0/38,0 6,0 650 20 0,02/16,0 39,9/24,0 6,0 650 30 0,2/28,0 39,8/12,0 6,0 650 40 0,4/36,0 39,6/4,0 6,0 650 60 1,2/36,0 38,8/4,0 6,0 650 300 2,4/38,0 37,6/2,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 800 800 800 800 800 800 800 5 10 20 30 40 60 300 3.2. Інструменти з надтвердого матеріалу на основі алмазу і кубічного нітриду бору Приклад 90. Готують шихту з 45,0мас.% графіту і 45,0мас.% гексагонального нітриду бору з додаванням УДА у співвідношенні: 90,0мас.% графіту і гексагонального нітриду бору, 10,0мас.% УДА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення графіту і гексагонального нітриду бору. Змішування компонентів далі здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення ультрадисперсного порошку алмазу в об'ємі графіту і гексагонального нітриду бору. Здійснюють попереднє формування інструменту необхідної форми та розмірів, запресовують формоутворювальні простори під високим тиском інертною речовиною, такою, що легко вилучається після термобаричної обробки, наприклад, NaCI. Далі брикетують заготовку, піддаючи її тиску Р=0,5ГПа і розміщують у циліндричні нагрівальні елементи з суміші графіту і гексагонального нітриду бору, які далі поміщають у циліндричну ємність теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків пресованими кришками з суміші графіту і вапняку. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 7,0ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через нагрівальні елементи електричного струму до температури 730°С і витримують при даних параметрах протягом 40 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукти синтезу. Після розчинення формоутворювального NaCI у воді отримують необхідну заготовку для інструменту. Методом рентгеноструктурного дифракційного аналізу визначають частку переходу графіту і гексагонального нітриду бору в алмаз і кубічний нітрид бору в матеріалі інструменту, що склала у середньому 90,0% від маси графіту і гексагонального нітриду бору. Склад отриманого матеріалу для інструменту - 10,0мас.% УДА, 81,0мас.% алмазу і кубічного нітриду бору УДА 20,0 20,0 20,0 20,0 Ступінь перетворення, % графіталмаз/ГНБ-КНБ 75,0/1,0 90,0/90,0 3,0/5,0 0,02/0,03 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 0,0/1,0 0,01/5,0 0,05/40,0 0,5/70,0 1,0/90,0 3,0/90,0 6,0/95,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 0,7/0,5 4,0/3,0 20,0/6,0 50,0/8,0 70,0/10,0 80,0/13,0 85,0/20,0 Склад продукту синтезу, мас.% 0,3/0,2 1,6/1,2 8,0/2,4 20,0/3,2 28,0/4,0 32,0/5,2 34,0/8,0 39,7/39,8 38,4/38,8 32,0/37,6 20,0/36,8 2,0/36,0 8,0/34,8 6,0/32,0 (39,0мас.% алмазу і 42мас.% КНБ), 9,0мас.% графіту і гексагонального нітриду бору (відповідно 6,0мас.% графіту і 3,0мас.% гексагонального нітриду бору). 3.3. Отримання порошків алмазу і кубічного нітриду бору заданої зернистості. Приклад 91. Готують шихту з графіту і гексагонального нітриду бору (45,0мас.% графіту і 45,0мас.% гексагонального нітриду бору) з додаванням УДА у співвідношенні 90,0мас.% суміші графіту і гексагонального нітриду бору, 10,0мас.% УДА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення ультрадисперсного порошку алмазу в об'ємі суміші графіту і гексагонального нітриду бору. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 6,5ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через нагрівальні елементи з суміші графіту і гексагонального нітриду бору електричного струму до температури 730°С і витримують при даних параметрах протягом 40 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукти синтезу. Визначають частку переходу графіту і гексагонального нітриду бору в алмаз і кубічний нітрид бору в матеріалі інструменту, що склала у середньому 90,0% від маси графіту та гексагонального нітриду бору. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 82,0мас.% алмазу і кубічного нітриду бору (39,0мас.% алмазу та 43,0мас.% кубічного нітриду бору) і 8,0мас.% графіту та гексагонального нітриду бору (відповідно 6,0мас.% графіту і 2,0мас.% гексагонального нітриду бору). Методом прожарювання у середовищі кисню і обробки у гарячому лузі вилучають графіт та гексагональний нітрид бору. Вихід продукту: порошку НТМ - 82,0мас.%, алмазу і кубічного нітриду бору та 10мас.% УДА. Розміри частинок алмазу і кубічного нітриду бору 1,2±0,1мкм. Приклад 92. 23 76963 24 Виконують ті ж самі операції і при тих же тисалмазу та кубічного нітриду бору, 30,0мас.% граках та температурах витримки, що й у прикладі 47, фіту і гексагонального нітриду бору. Методом проале термообробку проводять протягом 120с. жарювання у середовищі кисню та обробки у гаряСклад отриманого матеріалу -10мас.% УДА, чому лузі вилучають графіт та гексагональний 87,0мас.% алмазу і кубічного нітриду бору, нітрид бору. Вихід продукту НТМ- 70,0мас.%, ал3,0мас.% графіту і гексагонального нітриду бору. мазу та кубічного нітриду бору - 60,0мас.%. РозміМетодом прожарювання у середовищі кисню та ри частинок алмазу і кубічного нітриду бору обробки у гарячому лузі вилучають графіт та гек0,6±0,05мкм. сагональний нітрид бору. Вихід продукту НТМ 4. Використання ультрадисперсних порошків 97,0мас.%, алмазу і кубічного нітриду бору інших матеріалів: ультрадисперсного порошку ку87,0мас.%. Розміри частинок алмазу та кубічного бічного нітриду бору (УДПНБ), ультрадисперсних нітриду бору - 2,4±0,1мкм. порошків матеріалів 4 групи, наприклад, кремнію Приклад 93. (УДПК), ультрадисперсних порошків матеріалів Виконують ті ж самі операції і при тих же тисА3В5, наприклад, нітриду алюмінію (УДПНА). ках та температурах витримки, що й у прикладі 47, 4.1. Використання ультрадисперсного порошку але термообробку проводять протягом 25с. Склад нітриду бору (УДПНБ). отриманого матеріалу - 10мас.% УДА, 60,0мас.% 4.1.1 Матеріали. Таблиця 4 Приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містять УДПНБ і кубічний нітрид бору № прикла- Склад вихідної шихти, мас. %. ду ГНБ УДПНБ 94 95 96 97 98 99 100 99,5 99,0 95,0 80,0 50,0 5,0 1,0 0,5 1,0 5,0 20,0 50,0 95,0 99,0 101 102 103 104 105 106 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 107 108 109 110 111 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Р, ГПа Т, °С Склад продукту синтезу, мас. % КНБ ГНБ УДПНБ 1. Склад вихідної шихти 6,0 550 40 1,2 98,3 0,5 6,0 550 40 11,9 87,1 1,0 6,0 550 40 40,1 54,9 5,0 6,0 550 40 68,0 12,0 20,0 6,0 550 40 43,5 6,5 50 6,0 550 40 4,7 0,3 95,0 6,0 550 40 1,0 0,0 99,0 2. Залежність від температури 6,0 250 30 0,4 79,6 20,0 6,0 350 30 4,2 75,8 20,0 6,0 550 30 70,0 10,0 20,0 6,0 1600 30 76,0 4,0 20,0 6,0 2000 30 3,2 76,8 20,0 6,0 2100 30 0,4 79,6 20,0 3. Залежність від часу термобаричної обробки 6,0 550 5 0,8 79,2 20,0 6,0 550 10 5,6 74,4 20,0 6,0 550 40 68,0 12,0 20,0 6,0 550 60 73,6 6,4 20,0 6,0 550 300 76,0 4,0 20,0 4.1.2. Інструменти з надтвердого матеріалу на основі кубічного нітриду бору Приклад 112. Готують шихту з гексагонального нітриду бору з додаванням УДПНБ у співвідношенні 80,0мас.% гексагонального нітриду бору, 20,0мас.% УДПНБ. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення УДПНБ в об'ємі гексагонального нітриду бору. Здійснюють попереднє формування інструменту потрібної форми та розмірів, запресовують формоутворювальні простори під високим тиском інертною речовиною, такою, що легко вилучається після термобаричної обробки, наприклад, NaCI. Далі брикетують заготовку, піддаючи її тиску Р=0,5ГПа і поміщають у циліндричну ємність теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків пресованими кришками з суміші графіту і вапняку. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 6,0ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через t, с. Ступінь перетворення, % 1,2 12,0 43,0 85,0 87,0 95,0 98,0 0,5 5,3 88,0 95,0 4,0 0,5 1,0 7,0 85,0 92,0 95,0 циліндричний нагрівальний елемент, виготовлений з суміші графіту з гексагональним нітридом бору, електричного струму до температури 550°С і витримують при даних параметрах протягом 50 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукт синтезу. Після розчинення формоутворювального NaCI у воді отримують необхідну заготовку для інструменту. Методом рентгеноструктурного дифракційного аналізу визначають частку переходу ГНБ у КНБ у матеріалі інструменту, що склала у середньому 88,0 % від маси гексагонального нітриду бору. Склад отриманого матеріалу для інструменту - 20,0мас.% УДПНБ, 69,0мас.% КНБ, 11,0мас.% гексагонального нітриду бору. 4.1.3. Отримання порошків кубічного нітриду бору заданої зернистості. Приклад 113. Готують шихту з гексагонального нітриду бору з додаванням УДПНБ у співвідношенні 90,0мас.% гексагонального нітриду бору, 10,0мас.% УДПНБ. 25 76963 26 Змішування компонентів здійснюють у змішуале термообробку проводять протягом 250с. вачі, досягаючи рівномірного розподілення УДПНБ Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДПНБ, у об'ємі гексагонального нітриду бору. Спорядже85,0мас.% кубічного нітриду бору, 5,0мас.% гексаний контейнер поміщають в апарат високого тиску гонального нітриду бору. Методом травлення у типа "тороїд", стискають до тиску 7,0ГПа, нагрівагарячому лузі УДПНБ вилучають гексагональний ють за рахунок пропускання через циліндричний нітрид бору. Вихід продукту НТМ - 95,0мас.%. кубінагрівальний елемент, виготовлений з суміші грачного нітриду бору, - 85,0мас.%. Розміри частинок фіту з гексагональним нітридом бору, електричнокубічного нітриду бору - 5,5±0,1мкм. го струму до температури 650°С і витримують при Приклад 115. даних параметрах протягом 40 секунд витримки, Виконують ті ж самі операції і при тих же тисприпиняють нагрів, знімають тиск і витягують проках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, дукт синтезу. Визначають частку переходу гексаале термообробку проводять протягом 30с. Склад гонального нітриду бору в КНБ, що склала у сереотриманого матеріалу - 10мас.% УДПНБ, дньому 90,0% від маси гексагонального нітриду 60,0мас.% кубічного нітриду бору, 30,0мас.% гекбору. Склад отриманого матеріалу -10мас.% сагонального нітриду бору. Методом травлення у УДПНБ, 81,0мас.% КНБ, 9,0мас.% гексагонального гарячому лузі УДПНБ вилучають гексагональний нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі нітрид бору. УДПНБ вилучають гексагональний нітрид бору. Вихід продукту НТМ - 70,0мас.%., кубічного ніВихід продукту НТМ - 91,0мас.%, КНБ - 81,0мас.%. триду бору - 60,0мас.%. Розміри частинок кубічноРозміри частинок кубічного нітриду бору го нітриду бору - 0,7±0,05мкм. 1,5±0,1мкм. 4.2. Використання ультрадисперсного порошку Приклад 114. кремнію (УДПК). Виконують ті ж самі операції і при тих же тис4.2.1. Матеріали. ках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, Таблиця 5 Приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містять УДПК і кубічний нітрид бору № прикла- Склад вихідної шихти, мас.%. Р, ГПа ду ГНБ УДПК 116 117 118 119 120 121 122 99,5 99,0 95,0 80,0 50,0 5,0 1,0 0,5 1,0 5,0 20,0 50,0 95,0 99,0 123 124 125 126 127 128 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 129 130 131 132 133 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Склад продукту синтезу, мас. % КНБ ГНБ УДПК 1. Склад вихідної шихти 7,0 900 50 0,0 99,5 0,5 7,0 900 50 5,0 94,0 1,0 7,0 900 50 19,0 76,0 5,0 7,0 900 50 32,0 48,0 20,0 7,0 900 50 20,0 30,0 50 7,0 900 50 2,3 2,7 95,0 7,0 900 50 0,4 0,6 99,0 2. Залежність від температури 7,0 700 50 0,0 80,0 20,0 7,0 800 50 1,6 78,4 20,0 7,0 900 50 32,0 48,0 20,0 7,0 1500 50 36,0 44,0 20,0 7,0 1900 50 1,6 78,4 20,0 7,0 2000 50 0,0 80,0 20,0 3. Залежність від часу термобаричної обробки 7,0 900 10 0,0 80,0 20,0 7,0 900 30 4,0 76,0 20,0 7,0 900 50 36,0 44,0 20,0 7,0 900 80 37,0 43,0 20,0 7,0 900 300 40,0 40,0 20,0 Т, °С 4.2.2. Інструменти з надтвердого матеріалу на основі кубічного нітриду бору Приклад 134. Готують шихту з гексагонального нітриду бору з додаванням УДПК у співвідношенні 80,0мас.% гексагонального нітриду бору, 20,0мас.% УДПК. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення УДПК у об'ємі гексагонального нітриду бору. Здійснюють попереднє формування інструменту потрібної форми і розмірів, запресовують формоутворювальні простори під високим тиском інертною речовиною, такою, що легко вилучається після термобаричної обробки, наприклад, NaCI. Далі брикетують заго t, с. Ступінь перетворення, % 0,0 5,0 20,0 40,0 40,0 45,0 46,0 0,0 2,0 40,0 45,0 2,0 0,0 0,0 5,0 45,0 47,0 50,0 товку, піддаючи її тиску Р=0,5ГПа і поміщають у циліндричну ємність теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків пресованими кришками з суміші графіту і вапняку. Споряджений контейнер поміщають в апарат високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску 7,0ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через циліндричний нагрівальний елемент, виготовлений з суміші графіту з гексагональним нітридом бору, електричного струму до температури 900°С і витримують при даних параметрах протягом 50 секунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукт синтезу. Після розчинення формоутворювального NaCI у воді отримують необхідну заготовку 27 76963 28 для інструменту. Методом рентгеноструктурного нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі дифракційного аналізу визначають частку переховилучають гексагональний нітрид бору. Вихід проду ГНБ у КНБ у матеріалі інструменту, що склала у дукту НТМ - 50,5мас.%, КНБ - 40,5мас.%. Розміри середньому 45,0% від маси гексагонального нітчастинок кубічного нітриду бору - 0,7±0,1мкм. риду бору. Склад отриманого матеріалу для інПриклад 136. струменту - 20,0мас.% УДПК, 36,0мас.% КНБ, Виконують ті ж самі операції і при тих же тис44,0мас.% гексагонального нітриду бору. ках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, 4.2.3. Отримання порошків кубічного нітриду але термообробку проводять протягом 200с. бору заданої зернистості. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УДПК, Приклад 135. 43,0мас.% кубічного нітриду бору, 47,0мас.% гекГотують шихту з гексагонального нітриду бору сагонального нітриду бору. Методом травлення у з додаванням УДПК у співвідношенні 90,0мас.% гарячому лузі вилучають гексагональний нітрид гексагонального нітриду бору, 10,0мас.% УДПК. бору. Вихід продукту НТМ - 53,0мас.% кубічного Змішування компонентів здійснюють у змішунітриду бору, - 43,0мас.%. Розміри частинок кубічвачі, досягаючи рівномірного розподілення УДПК у ного нітриду бору - 1,6±0,1мкм. об'ємі гексагонального нітриду бору. Споряджений Приклад 137. контейнер поміщають в апарат високого тиску тиВиконують ті ж самі операції і при тих же тиспа "тороїд", стискають до тиску 7,0ГПа, нагрівають ках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, за рахунок пропускання через циліндричний нагріале термообробку проводять протягом 40с. Склад вальний елемент, виготовлений з суміші графіту з отриманого матеріалу - 10мас.% УДПК, 40,0мас.% гексагональним нітридом бору, електричного кубічного нітриду бору, 50,0мас.% гексагонального струму, до температури 900°С і витримують при нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі даних параметрах протягом 50 секунд витримки, вилучають гексагональний нітрид бору. Вихід проприпиняють нагрів, знімають тиск і витягують продукту НТМ - 50,0мас.%., кубічного нітриду бору дукт синтезу. Визначають частку переходу гекса40,0мас.%. Розміри частинок кубічного нітриду гонального нітриду бору в КНБ, що склала у серебору - 0,3±0,05мкм. дньому 45,0% від маси гексагонального нітриду 4.3. Використання ультрадисперсного порошку бору. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% матеріалу А3В5-нітриду алюмінію (УДПНА). УДПК, 40,5мас.% КНБ, 49,5мас.% гексагонального 4.3.1.Матеріали. Таблиця 6 Приклади конкретного здійснення способу отримання синтетичних надтвердих матеріалів, що містять УДПНА і кубічний нітрид бору № прикла- Склад вихідної шихти, мас.%. ду ГНБ УДПНА 138 139 140 141 142 143 144 99,5 99,0 95,0 80,0 50,0 5,0 1,0 0,5 1,0 5,0 20,0 50,0 95,0 99,0 145 146 147 148 149 150 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 151 152 153 154 155 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Склад продукту синтезу, мас. % КНБ ГНБ УДПНА 1. Склад вихідної шихти 7,0 1100 50 0,0 99,5 0,5 7,0 1100 50 4,0 95,0 1,0 7,0 1100 50 13,3 81,7 5,0 7,0 1100 50 21,0 59,0 20,0 7,0 1100 50 14,0 36,0 50 7,0 1100 50 1,6 3,4 95,0 7,0 1100 50 0,3 0,7 99,0 2. Залежність від температури 7,0 900 50 0,0 80,0 20,0 7,0 1000 50 0,8 79,2 20,0 7,0 1100 50 21,0 59,0 20,0 7,0 1600 50 26,4 53,6 20,0 7,0 1900 50 1,6 78,4 20,0 7,0 2000 50 0,0 80,0 20,0 3. Залежність від часу термобаричної обробки 7,0 1100 10 0,0 80,0 20,0 7,0 1100 30 1,6 78,4 20,0 7,0 1100 50 24,0 56,0 20,0 7,0 1100 80 24,0 56,0 20,0 7,0 1100 300 25,6 54,4 20,0 Р, ГПа Т, °С 4.3.2. Інструменти з надтвердого матеріалу на основі кубічного нітриду бору Приклад 156. Готують шихту з гексагонального нітриду бору з додаванням УДПНА у співвідношенні 80,0мас.% гексагонального нітриду бору, 20,0мас.% УДПНА. Змішування компонентів здійснюють у змішувачі, досягаючи рівномірного розподілення УДПНА у об'ємі гексагонального нітриду бору. Здійснюють t, с. Ступінь перетворення, % 0,0 4,0 14,0 26,0 28,0 32,0 35,0 0,0 1,0 26,0 33,0 2,0 0,0 0,0 2,0 30,0 30,0 32,0 попереднє формування інструменту потрібної форми та розмірів, запресовують формоутворювальні простори під високим тиском інертною речовиною, такою, що легко вилучається після термобаричної обробки, наприклад, NaCI. Далі брикетують заготовку, піддаючи її тиску Р=0,5ГПа і поміщають у циліндричну ємність теплоелектроізоляційного контейнеру, зачиняючи з обох боків пресованими кришками з суміші графіту та вапня 29 76963 30 ку. Споряджений контейнер поміщають в апарат нітриду бору. Методом травлення у гарячому лузі високого тиску типа "тороїд", стискають до тиску вилучають гексагональний нітрид бору. Вихід про7,0ГПа, нагрівають за рахунок пропускання через дукту НТМ - 38,8мас.%., КНБ - 28,8мас.%. Розміри циліндричний нагрівальний елемент, виготовлений частинок кубічного нітриду бору - 0,7±0,05мкм. з суміші графіту з гексагональним нітридом бору, Приклад 158. електричного струму до температури 1100°С і виВиконують ті ж самі операції і при тих же тистримують при даних параметрах протягом 50 секах та температурах витримки, що й у Прикладі 20, кунд витримки, припиняють нагрів, знімають тиск і але термообробку проводять протягом 300с. витягують продукт синтезу. Після розчинення фоСклад отриманого матеріалу - 10мас.% УДПНА, рмоутворювального NaCI у воді отримують необ32,0мас.% кубічного нітриду бору, 58,0мас.% гекхідну заготовку для інструменту. Методом рентгесагонального нітриду бору. Методом травлення у ноструктурного дифракційного аналізу визначають гарячому лузі вилучають гексагональний нітрид частку переходу ГНБ у КНБ у матеріалі інструменбору. Вихід продукту НТМ - 42,0мас.%. кубічного ту, що склала у середньому 32,0 % від маси гексанітриду бору, - 32,0мас.%. Розміри частинок кубічгонального нітриду бору. Склад отриманого матеного нітриду бору - 1,6±0,1мкм. ріалу для інструменту - 20,0мас.% УДПНА, Приклад 159. 25,6мас.% КНБ, 54,4мас.% гексагонального нітриВиконують ті ж самі операції і при тих же тисду бору. ках та температурах витримки, що й у Прикладі 20, 4.3.3. Отримання порошків кубічного нітриду але термообробку проводять протягом 40с. Склад бору заданої зернистості. отриманого матеріалу - 10мас.% УДПНА, Приклад 157. 20,0мас.% кубічного нітриду бору, 70,0мас.% гекГотують шихту з гексагонального нітриду бору сагонального нітриду бору. Методом травлення у з додаванням УДПНА у співвідношенні 90,0мас.% гарячому лузі вилучають гексагональний нітрид гексагонального нітриду бору, 10,0мас.% УДПНА. бору. Вихід продукту НТМ - 30,0мас.%., кубічного Змішування компонентів здійснюють у змішунітриду бору - 20,0мас.%. Розміри частинок кубічвачі, досягаючи рівномірного розподілення УДПНА ного нітриду бору - 0,2±0,02мкм. в об'ємі гексагонального нітриду бору. СпоряджеТаким чином, за межами заявленого інтервалу ний контейнер поміщають в апарат високого тиску вмісту алмазів у шихті частка переходу графіту в типа "тороїд", стискають до тиску 7,0ГПа, нагріваалмаз значно знижується (до рівня шихти без вміють за рахунок пропускання через циліндричний сту алмазу). нагрівальний елемент, виготовлений з суміші гра5. Порівняння з відомими способами каталітифіту з гексагональним нітридом бору, електричночного синтезу НТМ. го струму до температури 1100°С і витримують Для порівняння зі способом, що заявляється, при даних параметрах протягом 50 секунд витримбув проведений синтез НТМ за методикою звики, припиняють нагрів, знімають тиск і витягують чайного каталітичного синтезу на тому ж обладпродукт синтезу. Визначають частку переходу гекнанні та при тих же режимах, що й у наведених сагонального нітриду бору в КНБ, що склала у сеприкладах, але без введення у шихту УДА.УДНБ, редньому 32,0% від маси гексагонального нітриду УПК, УДПНА, а звичайних каталізаторів. бору. Склад отриманого матеріалу - 10мас.% УД5.1. Використанням Ni-Mn-евтектики для синПНА, 28,8мас.% КНБ, 61,2мас.% гексагонального тезу алмазу в умовах вищенаведених Прикладів Таблиця 7 Склад продукту синтезу, мас. % № прикла- Склад вихідної шихти мас. %. Ступінь перетР, ГПа Т, °С t, с. ду ворення, % Графіт Ni-Mn-евтектика алмаз графіт Ni-Mn-евтектика 1. Склад вихідної шихти 160 99,5 0,5 6,0 800 40 0 99,5 0,5 0 161 99,0 1,0 6,0 800 40 0 99,0 1,0 0 162 95,0 5,0 6,0 800 40 0 95,0 5,0 0 163 80,0 20,0 6,0 800 40 0 80,0 20,0 0 164 50,0 50,0 6,0 800 40 0 50,0 50 0 165 5,0 95,0 6,0 800 40 0 5,0 95,0 0 166 1,0 99,0 6,0 800 40 0 1,0 99,0 0 2. Залежність від температури 167 80,0 20,0 6,0 300 30 0 80,0 20,0 0 168 80,0 20,0 6,0 300 30 0 80,0 20,0 0 169 80,0 20,0 6,0 850 30 0 80,0 20,0 0 170 80,0 20,0 6,0 1600 30 9,6 70,4 20,0 12,0 171 80,0 20,0 6,0 2000 30 0,8 77,6 20,0 1,0 172 80,0 20,0 6,0 2100 30 0,0 80,0 20,0 0,0 3. Залежність від часу термобаричної обробки 173 80,0 20,0 6,0 800 5 0 80,0 20,0 0 174 80,0 20,0 6,0 800 10 0 80,0 20,0 0 175 80,0 20,0 6,0 800 40 0 80,0 20,0 0 176 80,0 20,0 6,0 800 60 0 80,0 20,0 0 177 80,0 20,0 6,0 800 300 68,0 12,0 20,0 85,0 31 76963 32 5.1. Використання каталізатора MgВ2 для синтезу КНБ в умовах вищенаведених Прикладів Таблиця 8 № прикла- Склад вихідної шихти мас. %. ду ГНБ МgВ2 178 179 180 181 182 183 184 99,5 99,0 95,0 80,0 50,0 5,0 1,0 0,5 1,0 5,0 20,0 50,0 95,0 99,0 185 186 187 188 189 190 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 191 192 193 194 195 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Склад продукту синтезу, мас. % КНБ ГНБ МgВ2 1. Склад вихідної шихти 6,0 600 40 0 99,5 0,5 6,0 600 40 0 99,0 1,0 6,0 600 40 0 95,0 5,0 6,0 600 40 0 80,0 20,0 6,0 600 40 0 50,0 50 6,0 600 40 0 5,0 95,0 6,0 600 40 0 1,0 99,0 2. Залежність від температури 6,0 200 30 0 80,0 20,0 6,0 300 30 0 80,0 20,0 6,0 700 30 0 80,0 20,0 6,0 1600 30 16,0 64,0 20,0 6,0 2000 30 0 80,0 20,0 6,0 2100 30 0 80,0 20,0 3. Залежність від часу термобаричної обробки 6,0 650 5 0 80,0 20,0 6,0 650 10 0 80,0 20,0 6,0 650 40 0 80,0 20,0 6,0 650 60 0 80,0 20,0 6,0 650 300 0 80,0 20,0 Р, ГПа T, °С Як видно з вищевикладеного та проведених експериментів, запропонований винахід призводить до ряду суттєвих переваг у порівнянні з існуючими технологіями: - Синтез НТМ (алмазу та/або c-BN) проводиться при надзвичайно низьких температурах (на 8001000°С нижче, ніж при каталітичному синтезі) і відносно низьких тисках. - На порядки збільшується стійкість апаратів високого тиску з високовартісного твердого сплаву. - Можливе використання стальних апаратів ВТ замість апаратів на твердому сплаві. Виключається використання каталізаторів і, отже, декількох технологічних, екологічно шкідливих, високовартісних етапів виробництва. - Отримання матеріалів, що містять НТМ, здійснюється в одному технологічному циклі, при одночасному синтезі та спіканні матеріалу, в результаті чого отримуються компактні полікристалічні або композиційні вироби. - При отриманні полікристалічних або композиційних компактних матеріалів з синтезованого порошку НТМ виключаються технологічні процеси приготування шихти з НТМ зі зв'язуючого та її спікання (Фіг.6). - Помел або хімічне розподілення компактних полікристалічних або композиційних виробів призводить до отримання порошків НТМ. (Фіг.7). - Ультрадисперсні частинки матеріалу кубічної структури не тільки являються каталізаторами синтезу НТМ, але і становляться складовими компонентами композиційного надтвердого матеріалу в якості цементуючої і пластифікуючої зв'язки. (Фіг.4.(фотографії)). t, с. Ступінь перетворення, % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20,0 0 0 0 0 0 0 0 - Зміною температури і часу синтезу при заданому тиску можливо регулювати ступінь перетворення нетвердої фази у тверду, широко керуючи тим самим співвідношенням між зв'язуючим та наповнювачем для отримання матеріалів конкретного практичного призначення (Фіг.5). - Установлено, що розміри частинок НТМ, що синтезуються при заданих інших параметрах синтезу, сильно залежать від часу. Це дозволяє керувати розмірами частинок НТМ, що синтезуються, у широкому діапазоні значень (Фіг.4). - Отримання синтезованих частинок НТМ при заданих технологічних параметрах (тиск, температура, час) з дуже вузьким розкидом значень розмірів частинок виключає достатньо трудомісткі технологічні процеси розподілення частинок за розмірами та класифікацію порошків після синтезу. (Фіг.4). - У результаті, в залежності від практичного призначення, отримують матеріали з різним співвідношенням між надтвердими складовими (дрібнодисперсною складовою та складовою НТМ з заданими розмірами) та зв'язуючим. (Фіг.6) - Суттєво збільшується вихід готового продукту (до 96-100% в порівнянні з 20-35% для КНБ; до 93-100% у порівнянні з 10-35% для алмазу; до 90100% для композиційного матеріалу «алмазкубічний нітрид бору»). (Фіг.3). - Собівартість продукції за рахунок економії на матеріалах, енерговитратах та виключенні ряду трудомістких та високовартісних технологічних процесів як при синтезі НТМ матеріалів, так і при отриманні порошків, полікристалічних і композиційних матеріалів нижча у декілька разів. 33 76963 34 35 76963 36 37 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76963 Підписне 38 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601