Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу

1. Композитний матеріал з щільним шаром абразивного матеріалу, який складається з основи і зв'язаного з нею щільного шару абразивного матеріалу, який відрізняється тим, що щільний шар абразивного матеріалу містить внутрішній шар, який контактує з поверхнею основи, перший проміжний шар, який контактує з внутрішнім шаром, другий проміжний шар, який контактує з першим проміжним шаром, і 2 (19) 1 3 80420 4 7. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 5, який відрізняється тим, що у ньому як складова суміші абразивних частинок використаний тугоплавкий матеріал з низьким тепловим розширенням, вибраний з групи, що включає карбіди, оксиди і нітриди кремнію, гафнію, титану, цирконію, ванадію і ніобію, оксид і нітрид алюмінію, нітрид кубічного бору і карбіди вольфраму, танталу і молібдену. 8. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 5, який відрізняється тим, що суміш абразивних частинок, з якої складається внутрішній шар щільного абразивного матеріалу, містить від 20 до 30об. % надтвердих абразивних частинок і від 80 до 70об. % частинок тугоплавкого матеріалу. 9. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 8, який відрізняється тим, що суміш абразивних частинок, з якої складається внутрішній шар щільного шару абразивного матеріалу, містить також сполучний метал у кількості від 8 до 10об. % від об’єму всі х частинок, що знаходяться у суміші. 10. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 6, який відрізняється тим, що суміш абразивних частинок, з якої складається перший проміжний шар щільного шару абразивного матеріалу, містить від 55 до 45об. % надтвердих абразивних частинок і від 45 до 55об. % частинок тугоплавкого матеріалу. 11. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 10, який відрізняється тим, що суміш абразивних частинок, з якої складається перший проміжний шар щільного шару абразивного матеріалу, містить також сполучний метал у кількості від 5 до 12об. % від об’єму всіх частинок, що знаходяться у цій суміші. 12. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 5, який відрізняється тим, що суміш абразивних частинок, з якої складається другий проміжний шар щільного шару абразивного матеріалу, містить від 70 до 80об. % надтвердих абразивних частинок і від 30 до 20об. % частинок тугоплавкого матеріалу. 13. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 12, який відрізняється тим, що суміш абразивних частинок, з якої складається другий проміжний шар щільного шару абразивного матеріалу, містить також сполучний метал у кількості від 3 до 7об. % від об’єму всіх частинок, що знаходяться у цій суміші. 14. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішній шар щільного абразивного матеріалу містить надтверді абразивні частинки, які за їх розмірами розділені на наступні групи: середній розмір частинок кількість у мас. % більше 10мкм принаймні 20 від 5 до 10мкм принаймні 15 менше 5мкм принаймні 15. 15. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішній шар щільного абразивного матеріалу містить надтверді абразивні частинки, які за їх розмірами розділені на наступні групи: середній розмір частинок кількість у мас. % від 25 до 50мкм від 25 до 70 від 15 до 24мкм від 15 до 30 від 8 до 14мкм від 5 до 45 менше 8мкм принаймні 5. 16. Композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що його основа виготовлена із цементованого карбіду, що вибраний з групи, яка включає цементований карбід вольфраму, цементований карбід танталу, цементований карбід титану, цементований карбід молібдену та їх суміші. Даний винахід відноситься до композитного матеріалу із щільним шаром абразивного матеріалу. Щільні абразивні матеріали широко застосовуються в цей час при виконанні різних ріжучих, фрезерних, шлі фувальних, свердлильних, бурових та інших операцій, які вимагають застосування абразивного інструмента. Такі матеріали складаються з маси абразивних частинок, звичайно частинок алмазного абразиву або частинок нітриду кубічного бору, зв’язаних між собою в когерентний полікристалічний конгломерат. Вміст абразивних частинок у щільному абразивному матеріалі є досить великим, і ці частинки, зокрема в алмазному абразивному матеріалі, звичайно зв'язані між собою дуже великою кількістю прямих зв'язків. Щільні абразивні матеріали з алмазним абразивом або нітридом кубічного бору звичайно виготовляють при високому тиску і високій температурі (ВТВТ) в умовах, в яких вони залишаються термодинамічно стійкими. Щільні абразивні матеріали з алмазним абразивом іноді називають також полікристалічним алмазом або абразивним матеріалом, армованим полікристалічними синтетичними алмазами, або скорочено ПКА або ПАК. Щільні абразивні матеріали з нітридом кубічного бору іноді називають полікристалічним нітридом кубічного бору або скорочено полікристалічним кНБ або ПкНБ. Щільні абразивні матеріали легко піддаються крихкому руйнуванню і тому використовуються у зв'язаному виді разом з основою з цементованого карбіду, який служить несучою підкладкою для щільного абразивного матеріалу. Такі абразивні матеріали з несучою основою відомі як композитні абразивні матеріали із щільним шаром абразивного матеріалу. Композитні абразивні матеріали із щільним шаром абразивного матеріалу звичайно використовують на робочій поверхні різного абразивного інструмента. Щільні абразивні матеріали наносять у вигляді покриття на основу із цементованого карбіду при 5 80420 високому тиску і високій температурі (ВТВТ) і доводять у цих умовах до рівноважного стану. При зниженні температури і тиску до нормальних умов через різницю теплових і механічних/пружних властивостей абразивного шару та основи в щільному абразивному матеріалі виникають значні напруги. У результаті цього в нормальних умовах абразивний шар перебуває в стиснутому до високого ступеня стані. Аналіз дрібнозернистої структури абразивного шару показує наявність розтягнення в окремих областях шару, який в цілому знаходиться в стиснутому стані. Характер виникаючих в абразивному шарі напруг суттєво залежить крім іншого від умов виготовлення композитного абразивного матеріалу, властивостей матеріалів абразивного шару та основи і характеру взаємодії абразивного шару з основою. Під час використання абразивного інструмента стиснутий абразивний шар проявляє схильність до передчасного руйнування в результаті розтріскування, розшарування та інших аналогічних причин. Передчасне руйнування щільного шару абразивного матеріалу проявляється в його відшаровуванні від основи та повній і частковій втраті абразиву на ріжучій поверхні абразивного інструмента, при цьому імовірність передчасного ушкодження абразивного шару зростає зі збільшенням виникаючих у ньому залишкових напруг. Ця проблема добре відома в промисловості і як і раніше існує, незважаючи на численні спроби її вирішення. Для рішення цієї проблеми були, зокрема, запропоновані різні структури композиційних матеріалів із щільним шаром абразивного матеріалу, у яких для зменшення механічних і теплових напруг, які виникають на межі між основою та щільним шаром абразивного матеріалу, між основою і абразивним матеріалом пропонувалося виконати різні виступи, канавки, надрізи або шорсткості. Такого роду стр уктури і рекомендації описані, зокрема, у [патентах US 4784203, US 5011515, US 5486137, US 5564511, US 5906246 і US 6148937]. В принципі у всіх ци х патента х пропонується по можливості максимально збільшити площу розподілу залишкових напруг, які виникають на межі між абразивним шаром та основою композитного абразивного матеріалу. У [патенті US 6189634] для зменшення залишкових напруг у щільному шарі абразиву крім звичайного полікристалічного шару, нанесеного у вигляді покриття на основу, пропонується використовува ти полікристалічний алмаз, розташований по замкнутому контуру на периферії абразивного шару. Сполучення периферійного полікристалічного алмазу та неплоскої профільованої поверхні поділу для зменшення залишкових напруг у щільному шарі абразиву пропонується в [патенті US 6149695]. У цьому патенті пропонується, зокрема, використовувати виконані в основі та у шарі полікристалічного алмазу виступи, які врівноважують і змінюють залишкові напруги і дозволяють щільному шару абразиву витримувати великі навантаження і зусилля, які виникають у процесі різання. У [патенті US 6189634] крім іншо 6 го в одному з варіантів пропонується схожий спосіб зниження залишкових напруг. Інше рішення проблеми зниження залишкових напруг, запропоноване в [патентах US 5370717, US 5875862 і US 6189634], припускає використання одного або декількох виступів, які розташовані на ділянці поверхні основи композитного абразивного матеріалу і які проходять наскрізь через абразивний шар і виходять на робочу поверхню абразивного інструмента. Ще один підхід до рішення проблеми, пов'язаної з високими напругами, які виникають у композитному матеріалі з щільним шаром абразивного матеріалу, заснований на використанні одного або декількох проміжних шарів з матеріалу, який своїми властивостями, зокрема тепловими і механічними/пружними властивостям, займає проміжне положення між матеріалом основи та абразивним шаром. Виникаючі в таких проміжних шарах напруги зменшують залишкові напруги в абразивному шарі. Подібне рішення описане, зокрема, у [патенті US 5510913], в якому пропонується використовувати проміжний шар спеченого полікристалічного нітриду кубічного бору. Інший приклад подібного рішення згаданої вище проблеми описаний у [патенті US 5037704], в якому пропонується використовувати проміжний шар, який складається з нітриду кубічного бору з алюмінієм або кремнієм і принаймні одним компонентом, обраним із групи, яка включає карбіди, нітриди і карбонітриди елементів груп 4А, 5А і 6 А. Періодичної таблиці елементів. В [патенті US 4959929] пропонується використовувати проміжний шар, який містить від 40 до 60об.% нітриду кубічного бору разом з карбідом вольфраму та кобальтом. В [патенті US 5469927] для зниження залишкових напруг у шарі абразиву пропонується одночасно використовувати неплоску межу поділу та перехідний шар. У цьому патенті, зокрема, описано використання перехідного шару з подрібненого полікристалічного алмазу з карбідом вольфраму у вигляді тільки частинок карбіду вольфраму та частинок попередньо цементованого карбіду вольфраму. Крім того, у цьому патенті пропонується використовувати доданий у вигляді суміші в проміжний шар чистий металевий вольфрам, з якого in situ в результаті відповідної реакції утворюється карбід вольфраму. Однак всі ці відомі в цей час рішення не виключають необхідності в підвищенні довговічності та міцності композитних матеріалів із щільним шаром абразивного матеріалу і насамперед тих матеріалів, які використовуються при виготовленні бурового інструмента, призначеного для буравлення низхідних свердловин, зокрема конічних шарошок і ударних бурів, коли суттєвим фактором, який визначає ефективність всієї роботи, є витрати, пов'язані з простоєм устатк ування. В даному винаході пропонується композитний абразивний матеріал, який складається з основи, звичайно із цементованого карбіду, і пов'язаного з нею щільного шару абразивного матеріалу і який відрізняється наявністю: І) вн утрішньої області, яка контактує з поверхнею основи, 7 80420 ІІ) першої проміжної області, яка контактує з внутрішньою областю, ІІІ) др угої проміжної області, яка контактує з першою проміжною областю, і IV) зовнішньої області, яка контактує з др угою проміжною областю і містить надтверді частинки абразиву, які мають принаймні три різних середніх розміри. Внутрішній шар і перший, і другий проміжні шари мають різний склад, і тому властивості абразивного шару змінюються ступенево від основи до його зовнішнього шару. Зовнішній шар утворює робочу поверхню всього композитного матеріалу з щільним шаром абразивного матеріалу. Суттєвою особливістю винаходу є наявність між основою пропонованого у винаході композитного абразивного матеріалу і його зовнішньою областю трьох шарів або шарів різного складу, які забезпечують ступеневу зміну теплового розширення щільного шару абразивного матеріалу між основою і його зовнішнім шаром. Така ступенева зміна теплового розширення переважно досягається за рахунок використання в кожному із трьох шарів трьох різних за складом сумішей надтвердих частинок, які знаходяться у зовнішньому шарі композитного абразивного матеріалу, з частинками одного або декількох тугоплавких матеріалів. Так, наприклад, у суміші, з якої складається внутрішній шар абразивного шару, може міститися менше надтвердих частинок, ніж у суміші, з якої складається його перший проміжний шар, в якому свою чергу може знаходитися менше надтвердих частинок, ніж у суміші, з якої складається його друг проміжний шар. Суттєвою особливістю даного винаходу є також наявність у зовнішньому шарі абразивного шару, який контактує з другим проміжним шаром, надтвердих абразивних частинок, які мають принаймні три різних середніх розміри. Наявність таких частинок у зовнішньому шарі абразивного матеріалу підвищує ударну міцність і твердість усього щільного абразивного матеріалу. Поверхня основи пропонованого у винаході композитного матеріалу, яка контактує з шаром щільного абразивного матеріалу, може бути плоскою або неплоскою, у тому числі і профільованою відповідним чином. Неплоска поверхня основи дозволяє звести до мінімуму механічні/пружні напруження, які виникають при високому тиску і високій температурі (ВТВТ), при яких під час виготовлення композитного абразивного матеріалу відбувається процес спікання. Окремі області щільного шару абразивного матеріалу звичайно мають форму шарів. Поверхні поділу між цими шарами не обов'язково повинні бути паралельними або концентричними. Найбільший ефект від пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільним шаром абразивного матеріалу може бути отриманий при його використанні як вставки для бурового інструмента, зокрема конічних шарошок та ударних бурів, з опуклою поверхнею поділу між щільним шаром абразивного матеріалу та основою і опуклою зовнішньою робочою поверхнею. При виготовленні композитного матеріалу з циліндричною основою 8 щільний шар абразивного матеріалу має форму кулі. При цьому поверхні поділу між різними шарами в такому багатошаровому композитному матеріалі також переважно повинні мати опуклу форму. На кресленнях, які додаються до опису показано: на Фіг.1 - поперечний переріз одного з варіантів виконання композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу, виготовленого пропонованим у винаході способом, і на Фіг.2а-2е - зображення в збільшеному масштабі ділянки, яка розташована на Фіг.1 у колі, шести різних варіантів виконання пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу. Переважні варіанти здійснення винаходу Як надтверді абразивні частинки у пропонованому у винаході композитному матеріалі можна використовува ти і частинки алмазу, і частинки нітриду кубічного бору, однак переважним є використання алмазних частинок. Для виготовлення основи пропонованого у винаході композитного абразивного матеріалу переважно використовува ти цементований карбід, зокрема цементований карбід вольфраму, цементований карбід танталу, цементований карбід титану, цементований карбід молібдену або їхні суміші. У цементованій карбідній основі можуть бути присутніми частинки інгібітору росту зерна, зокрема карбіду титану, карбіду танталу, карбіду ванадію або їхніх сумішей. Як сполучний метал при виготовленні основи з цементованого карбіду можна використовувати будь-який застосовуваний у цей час для таких цілей метал, зокрема нікель, кобальт, залізо або сплав, який містить один або декілька таких металів. Звичайно кількість частинок сполучного металу становить від 6 до 20мас.%. При виготовленні пропонованого у винаході матеріалу в умовах ВТВТ частину сполучного металу можна використовувати для просочення щільного шару абразивного матеріалу. Для цього можна використовува ти сполучний метал у вигляді тонкої прокладки або шару відповідного покриття. Для підвищення довговічності композитного матеріалу із щільним шаром абразивного матеріалу необхідно зменшити залишкові напруги, що виникають у ньому при обробці в умовах ВТВТ. Зменшення до мінімуму залишкових напруг, що виникають при обробці в таких умовах через різницю теплового розширення абразивного шару та основи композитного матеріалу, у даному винаході досягається за рахунок ступеневої зміни теплового розширення композитного матеріалу, починаючи від його основи і закінчуючи зовнішньою або робочою областю щільного багатошарового абразивного матеріалу. Так, зокрема, у даному винаході для зменшення залишкових напруг у щільному шарі абразивного матеріалу пропонується використовувати кілька проміжних областей або шарів, розташованих між зовнішньою абразивною областю або шаром та основою пропонованого у винаході композиційного матеріалу з різним тепловим 9 80420 розширенням, що поступово змінюється від зовнішньої області або шару до основи. Контролювати теплове розширення таких проміжних областей або шарів можна шляхом додавання до суміші надтвердих частинок абразиву частинок одного або декількох тугоплавких матеріалів з низьким тепловим розширенням і регулювання відносного вмісту в суміші надтвердих частинок абразиву та частинок з тугоплавкого матеріалу до певного рівня, який відповідає необхідному тепловому розширенню відповідної області або шару. У кожній або в декількох областях багатошарового абразивного матеріалу може міститися метал або сплав. При наявності такого металу або сплаву необхідну ступеневу зміну теплового розширення всього абразивного матеріалу одержують шляхом вибору в кожній області або шарі певного співвідношення між кількістю металу або сплаву і кількістю надтвердих частинок і частинок тугоплавкого матеріалу. Прикладами тугоплавкого матеріалу з низьким тепловим розширенням, який використовується при виготовленні пропонованого у винаході композитного абразивного матеріалу, можуть служити карбіди, оксиди і нітриди кремнію, гафнію, титана, цирконію, ванадію і ніобію, оксид і нітрид алюмінію, нітрид кубічного бору і карбіди вольфраму, танталу і молібдену. Із всіх цих матеріалів переважно використовувати частинки карбіду вольфраму. Прикладами відповідних металів і сплавів, які можуть входити до складу шарів пропонованого у винаході багатошарового щільного абразивного матеріалу, є нікель, кобальт, залізо або сплав, що містить один або декілька таких металів. Переважно, щоб метал або сплав, що входить до складу багато шарового абразивного матеріалу, не відрізнявся від металу або сплаву, який міститься в цементованій карбідній основі. Пропонований у винаході композитний матеріал із щільними шарами абразивного матеріалу відрізняється наявністю трьох різних областей, розташованих між його основою і зовнішньою областю, яка утворює його робочу поверхню. Кожну таку область пропонованого у винаході спеченого щільного багатошарового абразивного матеріалу при відповідному збільшенні можна легко побачити під мікроскопом. Межі між помітними зонами багатошарового абразивного матеріалу можуть бути рівними або ж нерівними. Нижче з посиланням на креслення, які додаються до опису, розглянуті декілька конкретних варіантів можливого здійснення винаходу. На Фіг.1 показаний композитний матеріал, який складається із щільного шару 20 абразивного матеріалу і зв'язаної з ним основи, виготовленої, як і звичайно, із цементованого карбіду. Щільний абразивний шар 20 пропонованого у винаході композитного матеріалу складається із внутрішньої області 12, першої проміжної області 14, другої проміжної області 16 і зовнішньої області 18. Пропонований у цьому варіанті здійснення винаходу багатошаровий композитний абразивний матеріал по зовнішньому вигляду нагадує звичайну к улю. Зовнішня поверхня 22 області 18 утворює робочу поверхню пропонованого у винаході компози 10 тного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу. Межі 24, 26 і 28 поділу між сусідніми областями абразивного шару мають опуклу форму. Точно так само опуклу форму має і межа 30 поділу між внутрішньою областю 12 абразивного шару та основою 10 пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу. На Фіг.2а-2е показані шість різних варіантів ділянки, на якій окремі області абразивного шару 20, показаного на Фіг.1, потрапляють на основу або перетинаються з основою пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу. На Фіг.2а показаний варіант, у якому всі області абразивного шару 20 сходяться в одну загальну точк у 34. На Фіг.2б показаний варіант, у якому всі області абразивного шару 20 закінчуються на виступі або плоскій площадці 36 основи. На Фіг.2в показаний варіант, аналогічний варіанту, показаному на Фіг.2б, і відрізняється від нього тим, що межі 22 і 24 зовнішньої області абразивного шару сходяться в точці 38, яка розташована на його зовнішній поверхні. На Фіг.2г показаний варіант, аналогічний варіанту, показаному на Фіг.2в, і відрізняється від нього тим, що межа 26 між проміжними областями абразивного шару закінчується в точці 40, яка також розташована на його зовнішній поверхні. У варіанті, показаному на Фіг.2д, зовнішня і проміжна області 18, 16 і 14 абразивного шару закінчуються на його зовнішній поверхні 42, а у варіанті, показаному на Фіг.2е, на зовнішній поверхні 42 абразивного шару 20 закінчуються всі його чотири області. У пропонованому у вина ході композитному матеріалі із щільними шарами абразивного матеріалу внутрішня область (позначена в показаних варіантах позицією 12) щільного абразивного шару складається із суміші надтвердих абразивних частинок, частинок тугоплавкого матеріалу і необов'язково деякої кількості сполучного металу. Звичайно в цій суміші повинно міститися від 20 до 30об.% частинок надтвердого абразиву і від 80 до 70об.% частинок тугоплавкого матеріалу. При використанні сполучного металу його кількість у вн утрішній області багатошарового абразивного матеріалу звичайно становить приблизно від 8 до 12об.% від усього об'єму частинок. У внутрішній області абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу переважно повинно міститися близько 25об.% надтвердих абразивних частинок, близько 75об.% частинок тугоплавкого матеріалу і близько 10об.% сполучного металу. Перша проміжна область щільного абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу (позначена в показаних на кресленнях варіантах позицією 14) також складається із суміші надтвердих абразивних частинок, частинок тугоплавкого матеріалу і необов'язково деякої кількості сполучного металу. Звичайно в цій суміші повинно 11 80420 міститися від 45 до 55об.% частинок надтвердого абразиву і від 55 до 45об.% частинок тугоплавкого матеріалу. При використанні сполучного металу його кількість у першій проміжній області багатошарового абразивного матеріалу становить приблизно від 5 до 12об.% від усього об'єму частинок. У першій проміжній області абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу переважно повинно міститися близько 50об.% надтвердих абразивних частинок, близько 50об.% частинок тугоплавкого матеріалу і близько 7об.% сполучного металу. Друга проміжна область щільного абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу (позначена в показаних на кресленнях варіантах позицією 16) також складається із суміші надтвердих абразивних частинок, частинок тугоплавкого матеріалу і необов'язково деякої кількості сполучного металу. Звичайно в цій суміші повинно міститися від 70 до 80об.% частинок надтвердого абразиву і від 30 до 20об.% частинок тугоплавкого матеріалу. При використанні сполучного металу його кількість у другій проміжній області абразивного шару звичайно становить приблизно від 3 до 7об.% від усього об'єму частинок. У другій проміжній області абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу переважно повинно міститися близько 75об.% надтвердих абразивних частинок, близько 25об.% частинок тугоплавкого матеріалу і близько 5об.% сполучного металу. Розміри частинок у внутрішній і у першій і другій проміжних областях щільного абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу повинні становити від 5 до 100мкм, переважно від 15 до 30мкм. Зовнішня область абразивного шару пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу (позначена в показаних на кресленнях варіантах позицією 18) складається із частинок надтвердого абразиву і сполучного металу. Частинки надтвердого абразиву, які знаходяться у цій області, можна розділити за розміром на три, переважно, на чотири різні групи. Кількість сполучного металу в цій області повинна становити близько 2об.% від об'єму надтвердих абразивних частинок. Нижче наведений кількісний склад суміші і зазначені середні розміри частинок надтвердого абразиву, які можна розділити на три основні групи: Середній розмір частинок Кількість у мас.% більше 10мкм принаймні 20 от 5 до 10мкм принаймні 15 менше 5мкм принаймні 15 Під „середнім розміром частинок” вище і у наступному описі мається на увазі певний розмір, близький до розміру основної маси частинок, незважаючи на те, що у всій масі частинок можуть бути присутнім частинки як більшого, так і меншого розміру. Так, наприклад, при середньому розмірі частинок, рівному 10мкм, у всій масі частинок можуть бути присутнім частинки з розміром, біль 12 шим або меншим 10мкм, хоча основна кількість частинок має розмір, близький до 10мкм, а пікове значення кривої розподілу розмірів частинок у всій їхній масі дорівнює 10мкм. Під „мас.%” вище і у наступному описі мається на увазі виражене у відсотках відношення маси частинок певного розміру до маси всіх абразивних частинок. Як один із конкретних прикладів суміші частинок, які знаходяться у зовнішній області абразивного шару і можуть бути розділені за своїми розмірами на три групи, можна привести суміш наступного складу: Середній розмір частинок Кількість у мас.% 12мкм 25 8мкм 25 4мкм 50 Як приклад суміші з алмазними частинками, які за своїми розмірами можна розділити на чотири групи, можна назвати суміш наступного складу: Середній розмір частинок Кількість у мас.% від 25 до 50мкм від 25 до 70 від 15 до 24мкм від 15 до 30 від 8 до 14мкм від 5 до 45 менше 8мкм принаймні 5 Одним з конкретних прикладів суміші з частинками, які знаходяться у зовнішній області абразивного шару, які за своїми розмірами можна розділити на чотири групи, є суміш наступного складу: Середній розмір частинок Кількість у мас.% 30мкм 65 22мкм 20 12мкм 10 4мкм 5 Конкретним прикладом суміші з частинками, які знаходяться у зовнішній області абразивного шару, які за своїми розмірами можна розділити на п'ять груп, є суміш наступного складу: Середній розмір частинок Кількість у мас.% 22мкм 28 12мкм 44 6мкм 7 4мкм 16 2мкм 5 При наявності в усіх областя х абразивного шару сполучного металевого порошку розміри його частинок звичайно не повинні перевищува ти 10мкм, переважно повинні становити близько 3мкм. Для виготовлення пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу використовується зовнішній корпус із закритим кінцем, який надівається зовні на попередньо виготовлену спіканням основу і має форму, яка відповідає формі зовнішньої поверхні зовнішньої області щільного абразивного шару. Крім того, необхідно приготувати певні суміші, склад яких відповідає складу кожної області щільного абразивного шару. Для більш ефективного ущільнення сумішей у процесі формування (виливки) до них можна додати певну кількість тимчасового сполучного. Кожну область щільного багатошарового шару пропонованого у винаході композитного матеріалу можна відлити і надати їй необхідну форму заздалегідь або in situ безпосе 13 80420 редньо в зовнішньому корпусі. Після установлення в корпус у певному порядку всіх заздалегідь відлитих і маючих необхідну форму областей щільного абразивного шару в корпус вставляють основу, яка зсередини закриває корпус разом з розташованими в ньому областями абразивного шару. Додане до сумішей тимчасове сполучне видаляють із абразивного шару шляхом його теплового розкладання або випару. Як приклад тимчасового сполучного можна назвати крохмаль, метилцелюлозу, поліметилметакрилат і камфору. Корпус разом з розташованою в ньому основою і областями абразивного шару поміщають у звичайний апарат високого тиску, у якому його витримують при відповідному високому тиску і високій температурі в умовах, необхідних для одержання пропонованого у винаході композитного матеріалу із щільними шарами абразивного матеріалу. Корпус разом з розташованою в ньому основою та областями абразивного шару витримують в такому апараті при високому тиску і високій температурі протягом певного часу до повного спікання абразивного шару і його з'єднання з основою. Під час витримки в апараті в умовах ВТВТ (при високому тиску і високій температурі) надтверді абразивні частинки повинні залишатися термодинамічно стійкими. Звичайно таку термообробку проводять при тиску від 4 до 7ГПа і температурі від 1200 до 1700°С. Після витягнення з апарату, в якому створюються високий тиск і висока температура, отриманий композитний матеріал із щільними шарами абразивного матеріалу можна піддати відповідній обробці, наприклад безцентровим шліфуванням, для доведення його до необхідних розмірів. При дослідженні під мікроскопом при певному збільшенні в поперечному перерізі мікроструктури абразивного шару 20 можна побачити, що цей шар складається з декількох чітко помітних окремих областей 12, 14, 16 і 18. У внутрішній області 12 абразивного шару знаходяться в основному по суті окремі або об'єднані в невеликі групи надтверді частинки. Окремі надтверді частинки або невеликі групи частинок відокремлені одна від іншої частинками тугоплавкого матеріалу. У всій масі 14 частинок можна побачити зрослі одна з однією окремі сусідні надтверді частинки, об'єднані в невеликі групи, і окремі зрослі між собою сусідні частинки тугоплавкого матеріалу. У першій проміжній області 14 знаходиться по суті рівна за об'ємом кількість надтвердих частинок і частинок тугоплавкого матеріалу. Надтверді та тугоплавкі частинки частково об'єднані в невеликі групи, у яких знаходяться і зрослі між собою частинки одного типу. У другій проміжній області 16 в основному містяться або окремі, або об'єднані в невеликі групи частинки тугоплавкого матеріалу. Окремі або об'єднані в невеликі групи частинки тугоплавкого матеріалу відокремлені одна від іншої по суті зрослими між собою надтвердими частинками. Окремі області абразивного шару відрізняються також одна від одної різним Вмістом сполучного металу, що міститься у внутрішній області 12 в більшій кількості, ніж у першій проміжній області 14, в якій у свою чергу міститься більша кількість сполучного металу, ніж у другій проміжній області 16. Внутрішня область абразивного шару і його перша і друга проміжні області мають товщину більше 0,1мм, але менше 1мм. У переважному варіанті товщина цих областей абразивного шару становить від 0,1 до 0,6мм. Зовнішня область абразивного шару має товщину більше 0,2мм, але менше 1мм. У переважному варіанті зовнішня область абразивного шару має товщину від 0,3 до 0,7мм. Випробування на удар, під час яких розміщений у корпусі композитний матеріал із щільним шаром абразивного матеріалу кидали у визначене місце іспитової машини, показали, що в порівнянні з композитним матеріалом із щільним абразивним шаром, виготовленим звичайними методами, пропонований у винаході композитний матеріал із щільними шарами абразивного матеріалу має суттєво більшу ударну міцність. Так, зокрема, пропонований у винаході композитний матеріал із щільними шарами абразивного матеріалу витримує удар, при якому розсіюється 50 джоулів енергії, тоді як відомий композитний матеріал із щільним абразивним шаром може витримати удар, при якому розсіюється близько 35 джоулів енергії. 15 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 80420 Підписне 16 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав 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