Алмазний полікристалічний композиційний матеріал

1. Алмазний полікристалічний композиційний матеріал, що містить оболонку, в якій розміщено як вуглецевий матеріал алмаз і метали, який відрізняється тим, що оболонка виконана з тугоплавкого металу, як метали містить кобальт та нікель і додатково - карбіди тугоплавких металів, при наступному співвідношенні компонентів, мас. % : алмаз 83-91 кобальт 4-7 нікель 1-5 карбіди тугоплавких металів 2-4. 2. Алмазний полікристалічний композиційний матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що товщина оболонки складає 0,02-0,15 мм. 3. Алмазний полікристалічний композиційний матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що алмаз має розміри частинок 20-100 мкм. 4. Алмазний полікристалічний композиційний матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що вуглецевий матеріал додатково містить спучений графіт в кількості 1-2 мас .%. UA (21) a200708462 (22) 23.07.2007 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ШУЛЬЖЕНКО ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, БОГДАНОВ РОБЕРТ КОСТЯНТИНОВИЧ, UA, ГАРГІН ВЛАДИСЛАВ ГЕРАСИМОВИЧ, UA, РУСІНОВА Н АТАЛІЯ ОЛЕКС АНДРІВН А, U A, ЗАКОРА АНАТОЛІЙ ПЕТРОВИЧ, U A, ІСОНКІН ОЛЕКСАНДР МИ ХАЙЛОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИ Х МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, U A, ШУЛЬЖЕНКО ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, U A, БОГДАНОВ РОБЕРТ КОСТЯНТИНОВИЧ, U A, Г АРГІН ВЛАДИСЛАВ ГЕРАСИМОВИЧ, UA, РУСІНОВА НАТАЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВН А, U A, ЗАКОРА АНАТОЛІЙ ПЕТРОВИЧ, UA, ІСОНКІН ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ, UA (56) UA 10503, A, 25.12.1996 UA 34174, C2, 15.02.2001 UA 57472, C2, 16.06.2003 SU 1053447, A1, 30.06.1993 SU 961281, A1, 30.06.1993 C2 2 (19) 1 3 85319 4 так як завданням прототипу було отримання надреносу в місцях взаємного мікроіндентування зепровідного матеріалу. рен. Такі добавки як кобальт та нікель, при спіканні В основу винаходу покладено завдання такого в межзеренних проміжках виконують роль техновдосконалення складу алмазного полікристалічнологічного середовища, в якому відбувається взаєго композиційного матеріалу, при якому, завдяки модія в системі алмаз-добавка і проходить процес виконанню оболонки з тугоплавкого металу і вибоперекристалізації через рідку фазу, джерелом якої ру пропонованих металів і їхнього співвідношення є кобальт та нікель. Це призводить до виникнення забезпечується такий технічний ефект, як однорізв'язків алмаз-алмаз і підвищення міцності матерідність дрібнозеренної структури спеченного комалу. Введення кобальту та нікелю збільшує в'язпозиту, а за рахунок вибору товщини оболонки кість матеріалу (зменшує його крихкість) та, відпоздійснюється надійне кріплення матеріалу в інвідно, міцність. Крім цього, сплав кобальта з струменті, наприклад буровому. Використання як нікелем, в умовах високих тиску и температур, матеріалу оболонки тугоплавких металів, таких як краще змочує алмазні зерна, ніж тільки кобальтом Та, Nb та ін. обумовлено тим, що після спікання - це чітко видно на структурі отриманого зразка з оболонка та розташований у ній вуглецевий математеріалу. Введення тугоплавких карбідів, таких як ріал, метали та добавки, являють собою одне ціWC, також сприяє збільшенню міцності, внаслідок ле, за рахунок чого збільшується міцність отримаутворення розчинів WC-Co, аналогічно процесу, ної вставки та при закріпленні вставок із що протікає у твердих сплавах типу BK 15, ВК 20. зазначеного матеріалу полегшується процес паЦе сприяє заглушенню процесів формування мікяння, так як оболонка змочується припоями, що ротріщин в міжзеренних проміжках. використовуються, при цьому виключається проОдержування дрібнозеренної структури забезцес металізації вставок. Окрім цього при спіканні, печується за рахунок додаткового введення в вугнаприклад вставок бурового інструменту із зазналецевий матеріал спученого графіту. В умовах ченого матеріалу, в графі тових багатопозиційних високих тисків та температур та наявності таких комірках високого тиску виключається утворюванрозчинників, як Со та Ni, спучений графіт перехоня алмазу навколо зразка з матеріалу та виникдить в алмаз. Його відмінною рисою є утворення нення дефектів його форми; за рахунок того, що більшої кількості центрів кристалізації, що привоалмаз має розміри частинок 20-100мкм, порошки дить до отримання дрібнозеренної структури. мають необхідну абразивну стійкість, згідно ДСТУ Окрім цього спучений графіт переходить в алмаз 3292-95, добре спікаються та, відповідно, матеріал при більш низьких тисках порівняно зі звичайним буде мати високу міцність; а за рахунок того, що графітом. вуглецевий матеріал додатково містить спучений Приклади конкретної реалізації винаходу награфіт в кількості 1-2мас.%, забезпечується глуведено у таблиці (додається). шення процесу формування мікротріщин і, як наДля випробування міцності були одержані зраслідок, підвищується міцність отриманого алмаззки діаметром 5мм та висотою 5мм. Зразки були ного полікристалічного композиційного матеріалу. спечені в апараті високого тиску типу тороїд з діаОзначене завдання вирішується тим, що у алметром центрального заглиблення 30мм. Для вимазному полікристалічному композиційному матеготовлення зразків алмазного полікристалічного ріалі, що містить оболонку, в якій розміщено як композиційного матеріалу було відпресовано багавуглецевий матеріал алмаз і метали, згідно винатопозиційні комірки-нагрівачі, з графіту діаметром ходу оболонка виконана з тугоплавкого металу, як 18мм та висотою 6мм з циліндричними отворами метали він містить кобальт та нікель і додатково діаметром 5мм. В циліндричних отворах розміщукарбіди тугоплавких металів, при наступному співвали оболонку з тугоплавкого металу ніобія товвідношенні компонентів, мас.%: щиною 0,1мм. При використанні оболонки товщиалмаз 83-91 ною менш, ніж 0,02мм в процесі спікання алмазні кобальт 4-7 зерна можуть проникати крізь неї, внаслідок чого нікель 1-5 утворюються окремі ділянки, що залишаються карбіди тугоплавких металів 2-4, непросоченими при паянні вставок в корпус інпри цьому товщина оболонки складає 0,02струмента. Оболонку товщиною більше, ніж 0,15мм, алмаз має розміри частинок 20-100мкм, а 0,15мм недоцільно використовувати внаслідок вуглецевий матеріал додатково містить спучений зменшення діаметра вставок із матеріалу, що графіт в кількості 1-2мас.%. отримується та наявності більшої кількості матеріПричинно-наслідковий зв'язок між сукупністю алу низької зносостійкості. Попередньо виготовляознак, що заявляється, і технічними результатами, ли суміш з металів кобальта, нікелю та карбіду які досягаються при її реалізації, полягає в наступтугоплавкого металу WC. Отриману суміш змішуному. вали з алмазним порошком зернистістю 160-125. Відомо, що високий рівень фізико-механічних Доцільно використовувати алмазні порошки зервластивостей полікристалу визначається наявніснистістю 20-100мкм, зазначений розмір зерен є тю неперервного каркасу алмазних часток та, в оптимальним, тому, що матеріал має необхідну першу чергу, з формуванням зв'язку алмаз - алмаз абразивну стійкість та добре спікаються. Шихту, та з утворенням високодисперсної зеренної струкотриману з алмазів, Co, Ni та WC засипали в оботури. Основну роль у формуванні зв'язку алмазлонку з Nb та розміщували в комірці високого тисалмаз належить пластичній деформації алмазних ку. Спікання здійснювали при тиску 8 ГПа, темпечастинок під дією високого тиску та температури. ратурі 1900 К та тривалості нагрівання 90с. При цьому формування міжалмазних границь виПриклад 1 значається, головним чином, розвитком масопе 5 85319 6 Описаним способом виготовили зразки алмазлиці. В подальшому в ши хту додатково вводили ного полікристалічного композиційного матеріалу, спучений графіт. що містить мас. %: Як видно з таблиці, приклад 1, використання алмаз 87 пропонованого винаходу дає можливість підвищикобальт 6 ти міцність матеріалу, але використання оболонки нікель 4 товщиною 0,1мм за п.2 та алмазу з розміром часкарбіди тугоплавких металів 3. тинок 40-28мкм за п.3 дозволяє підвищити міцність Отримали зразки полікристалічного композиматеріалу до міцності зразків з твердого сплаву ВК ційного матеріалу на основі алмазу в оболонці з 20, ВК 15 - приклади 2-8 таблиці (див. таблицю). тугоплавкого металу діаметром 5мм та висотою Приклади 9-10 наведено для тих випадків, які сто5,2мм. В подальшому було проведено шліфовку суються п. 4 формули винаходу. Приклади 11-18 зразків з матеріалу вільним абразивом для отриза межами заявлених ознак. мання плоскопаралельних площин їх торців для Вміст добавок металів кобальту та нікелю вивиключення похибок при вимірюванні їх міцності. ще верхньої границі, призводить до виплавлення На розривній машині зусиллям до 50кН було проїх розчинів з оболонки. Вміст добавок WC та слуведено випробування міцності отриманих зразків в ченого графіту вище верхньої границі, приводить кількості 10шт. при одноосному статистичному до виникнення дефектів в зразках матеріалу у вистисканні. Довірчий інтервал величини міцності гляді тріщин, сколів та т.п. Вміст добавок кобальту, при коефіцієнті надійності 0,95 не перевищував нікелю, WC та спученого графіту, згідно нижньої 0,2ГПа. Результати випробувань наведено в табграниці, призводить до зменшення міцності. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 85319 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки УкраїниДержав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601