Алмазный спеченный материал, способ его производства и инструмент и абразивный порошок из него

Алмазный спеченный материал, способ его производства и инструмент и абразивный порошок из него

Реферат

 

Алмазный спеченный материал, имеющий отличные сопротивление разрушению, коррозионную стойкость, теплостойкость и износостойкость, и способный спекаться при сравнительно низком давлении и низкой температуре содержит 50-99,0 об.% алмаза и остальное - связующую фазу, состоящую из единственной или смешанной фазы из соединения или смеси по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов групп IIIБ, IVА и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов, с фосфорным соединением или из вышеописанного соединения или смеси с окисью элемента. Способ производства материала заключается в смешивании порошка алмаза или графита с порошком связующей фазы, выдерживании и спекании смеси порошков под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза. Алмазный спеченный материал согласно изобретению может быть использован для изготовления и инструмента, и абразивного порошка. 11 с. и 21 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к алмазному спеченному материалу, способу его производства и режущему и буровому инструменту, в котором используется алмазный спеченный материал. Алмазный спеченный материал по изобретению предпочтительно применяется в качестве материала для инструментов по резанию или полировке цветных металлов или керамики, для лезвий буровых коронок по добыче нефти или для абразивных порошков, полученных измельчением материала.

Известные спеченные материалы на основе синтетических алмазов могут быть классифицированы на три типа в зависимости от используемых цементирующих веществ: 1) полученные путем использования металлов группы железа (Fe, Ni, Co) и/или их сплавов, каждый из которых имеет растворяющее действие в качестве цементирующей связки; 2) полученные путем использования карбида кремния (SiC) в качестве цементирующей связки; 3) полученные путем использования карбоната, обладающего каталитическим действием в качестве цементирующей связки (японские патентные выкладки N 74766/1992 и 114966/1992).

Материал типа 3 необходимо спекать при более высоких температуре и давлении, чем материалы типов 1 и 2, в результате чего значительно повышаются производственные расходы, поэтому имеющиеся на рынке материалы почти все являются материалами типов 1 и 2, в которых используются металлы группы железа или их сплавы и карбид кремния.

Кроме вышеописанных материалов существуют спеченные материалы на основе природных алмазов (черный технический алмаз), которые практически не используются в промышленных масштабах ввиду неясности их происхождения, большого разброса в качестве и их очень незначительного производства.

С вышеописанными известными спеченными материалами на основе синтетических алмазов связаны следующие проблемы: а) в случае спеченных материалов типа 1, полученных путем использования металлов группы железа и/или их сплавов, алмаз реагирует с материалом связки со снижением прочности, когда температура повышается до 700^oC или выше, а износостойкость или прочность уменьшается ввиду использования металла в качестве цементирующей связки; б) в случае спеченных материалов типа 2, полученных путем использования карбида кремния в качестве цементирующей связки, сопротивление разрушению оказывается плохим ввиду использования хрупкого карбида в качестве материала связки, а сцепление зерен алмаза друг с другом уменьшается, так что износостойкость плохая ввиду использования карбида кремния, не обладающего растворяющим и каталитическим действием в отношении алмаза; в) в случае спеченных материалов типа 3, полученных путем использования карбоната в качестве материала цементирующей связки, давление и температура, при которых карбонат оказывает каталитическое действие, являются высокими, а спекаемый объем еще меньше по сравнению с вышеописанными спеченными материалами 1 и 2, стоимость спеченного материала на единицу объема очень высокая ввиду более высоких расходов на спекание при сверхвысоком давлении и прочность сцепления алмазных зерен между собой настолько слабая, что сопротивление разрушению оказывается плохим, так как карбонат обладает сравнительно небольшим каталитическим и растворяющим действием; г) в случае погружения вышеописанного спеченного материала типа 1 в кислоту с целью удаления металлов группы железа или их сплавов как прочность, так и сопротивление разрушению оказываются плохими, и его использование ограничивается применением при высокой температуре.

Как описывалось выше, известные алмазные спеченные материалы страдают по крайней мере двумя из следующих недостатков: 1) плохая теплостойкость, 2) плохое сопротивление разрушению, 3) плохая износостойкость, 4) необходимость в высоких температуре и давлении для спекания с проистекающими из этого более высокими расходами.

Алмазный спеченный материал, в котором используется металл группы железа, как, например, Co, действующий в качестве катализатора, способного ускорять графитизацию алмаза, обладает плохой теплостойкостью. А именно, алмаз графитизируется при почти 700^oC в атмосфере инертного газа. Кроме того, этот спеченный материал не имеет такую высокую прочность и стремится разрушиться ввиду присутствия металла, например Co, на границах между алмазными зернами в качестве непрерывной фазы, при этом возникает проблема, связанная с тенденцией к термическому разрушению вследствие различия в термическом расширении между металлом и алмазом.

С целью повышения теплостойкости предлагалось путем обработки кислотой удалять металл на вышеописанных границах между зернами. Таким образом, температура теплостойкости повышалась почти до 1200^oC, но при этом прочность намного уменьшалась - почти на 30%, так как спеченный материал становился пористым.

Алмазный спеченный материал, в котором в качестве материала связки используется SiC, обладает отличной теплостойкостью, но показывает низкую прочность ввиду отсутствия сцепления алмазных зерен друг с другом.

С другой стороны, алмазный спеченный материал, в котором в качестве связки используется карбонат, обладает отличной теплостойкостью и сравнительно высокой прочностью, но для его производства требуются более высокие давления и температуры, например по крайней мере 7,7 ГПа и 2000^oC, так что его трудно производить в промышленных масштабах, поэтому он не нашел практического применения. Поскольку карбонаты обладают низкой каталитической способностью и меньшим растворяющим и осаждающим действием в отношении алмаза по сравнению с металлами группы железа, применяемыми в известной технике, то сцепление алмазных зерен между собой оказывается недостаточным, результатом чего является плохое сопротивление разрушению.

Целью изобретения является создание алмазного спеченного материала, имеющего отличные теплостойкость, сопротивление разрушению и износостойкость, который может быть синтезирован при сравнительно низких давлении и температуре, благодаря чему могут быть решены вышеописанные проблемы известной техники.

Другой целью изобретения является создание способа производства алмазного спеченного материала, имеющего отличные теплостойкость, сопротивление разрушению и износостойкость.

Дополнительной целью изобретения является создание инструмента для резания, полирования или бурения с использованием алмазного спеченного материала.

Еще одной целью изобретения является создание абразивного порошка, полученного измельчением алмазного спеченного материала.

Эти цели могут быть достигнуты посредством алмазного спеченного материала, содержащего 50-99,9 об.% алмаза и остальное - связующая фаза, состоящая из единственной или смешанной фазы из соединения (С) или смеси (С') по крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов, с фосфорным соединением (В) или из вышеописанного соединения (С) или смеси (С') с окисью элемента (А).

Было предпринято много усилий для решения проблем известной техники и для разработки алмазного спеченного материала, обладающего отличной теплостойкостью, сопротивлением разрушению и износостойкостью, который может быть синтезирован при сравнительно низких давлении и температуре, и в результате достигнуты следующие изобретения и варианты их осуществления: 1. Алмазный спеченный материал, содержащий 50-99,9 об.%, предпочтительно 50-99,5 об.%, более предпочтительно 70-99, об.% алмаза и остальное - связующая фаза, состоящая из единственной или смешанной фазы из соединения (С) или смеси (С') по крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ. Периодической таблицы элементов, группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов, с фосфорным соединением (В) или из вышеописанного соединения (С) или смеси (С') с окисью элемента (А).

2. Алмазный спеченный материал, содержащий 50-99,9 об.%, предпочтительно 60-99,5 об. %, более предпочтительно 70-99 об.% алмаз и остальное связка, преимущественно состоящая из материала, полученного из редкоземельного элемента и фосфорного соединения.

3. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, который заключается в смешивании порошка по крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов, порошка, по крайней мере одной окиси элемента (А) или по крайней мере одного соединения (Д), содержащего элемента (А), порошка фосфора или по крайней мере одного фосфорного соединения (В) и порошка алмаза или графита, выдерживании и спекании получающейся в результате смеси порошков под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

4. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, который заключается в предварительном синтезе соединения (С) по крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов с по крайней мере одним фосфорным соединением (В) или смеси соединения (С) и по крайней мере одной окиси элемента (А), смешивании порошка соединения (С) или смеси с порошком алмаза или графита, выдерживании и спекании получаемой в результате смеси порошков под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

5. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, который заключается в предварительном приготовлении тонкого куска, тонкого листа или подложки спеченного материала, состоящих из соединения (С) по крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов группы IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, v, щелочных металлов и щелочноземельных металлов с по крайней мере один фосфорным соединением (В) или смеси соединения (С) и по крайней мере одной окиси элемента (А), объединении порошка алмаза или графита с тонким куском, тонким листом или подложкой спеченного материала и пропитывании получающейся в результате заготовки под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза, тем самым цементируя алмаз.

6) Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, которые заключается в смешивании порошка редкоземельного элемента или порошка сплава, содержащего по крайней мере один редкоземельный элемент, фосфорного соединения и алмазного порошка или неалмазного углеродного порошка или смеси алмазного к неалмазного углеродного порошков и выдерживании и спекании получающейся в результате смеси сырьевых материалов под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

7. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, который заключается в предварительном синтезе соединения из редкоземельного элемента и фосфорного соединения, смешивании порошка, получающегося в результате соединения с алмазным порошком или неалмазным углеродным порошком или смесью алмазного и неалмазного углеродного порошка, и выдерживании и спекании получающейся в результате смеси сырьевых материалов под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

8. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, который заключается в наслаивании формованного материала из порошка редкоземельного элемента или порошка сплава, содержащего по крайней мере один редкоземельный элемент, и порошка фосфорного соединения и формованного материала из алмазного порошка или неалмазного углеродного порошка или смеси алмазного и неалмазного углеродного порошка и выдерживании и спекании получающегося в результате слоистого материала под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

9. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 1 или 2, который заключается в предварительном синтезе соединения из редкоземельного элемента и фосфорного соединения, наслаивании формованного материала из получающегося в результате порошка соединения и формованного материала из алмазного порошка или неалмазного углеродного порошка или смеси алмазного и неалмазного углеродного порошков и выдерживании и спекании получающегося в результате слоистого материала под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

10. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенном пункте 1, в котором фосфорное соединение (В) выражено формулой P_aO_b, где "а" равно 1 или 2 и "b" равно 2, 3, 4, 5 и 7.

11. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенном пункте 1, в котором соединение (С) или смеси (С') выражено формулой MN_x(P_aO_b)_y (OH)_z, где M - простое вещество или твердый раствор по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, щелочноземельных элементов и элементов группы IVБ Периодической таблицы элементов, и N - простое вещество или твердый раствор по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов группы IIIБ Периодической таблицы элементов, и серы, а "x", "y" и "z" соответственно находятся в интервалах 1 x 4,5, 1 y 5 и 1 z 26.

12. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенных пунктах 1, 2, 10 или 11, в котором связка состоит из соединения (C) или смеси (C^') по крайней мере одного элемента (A), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов, с фоcфорным соединением (В), выраженным как P_aO_b, где "а" равно 1 или 2 и "b" равно 2, 3, 4, 5 или 7, и окиси, крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов.

13. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенных пунктах 1, 2, 10 или 11, в котором связка состоит из соединения (С) или смеси (С^'), выраженного формулой MN_x(P_aO_b)_y(OH)_z, где M - простое вещество или твердый раствор по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, щелочноземельных элементов группы IVБ Периодической таблицы элементов, и N - простое вещество или твердый раствор по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов группы IIIБ Периодической таблицы элементов, и серы и "x", "y" и "z" - соответственно в интервалах 1 x 4,5, 1 y 5 и 1 z 26, с окисью, по крайней мере одного элемента (А), выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVА, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn, V, щелочных металлов и щелочноземельных металлов.

14. Алмазный спеченный материал, содержащий 50-99,9 об.%, предпочтительно 50-99,5 об.%, более предпочтительно 70-99 об.% алмаза и остальное - смазка, преимущественно содержащая материал, полученный из фосфорного соединения и карбонатного соединения.

15. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенном пункте 14, в котором связка состоит из смешанной фазы, состоящей из материала, полученного из фосфорного соединения и карбонатного соединения, и окиси.

16. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенных пунктах 14 и 15, в котором связка состоит из смешанной фазы, состоящей из фосфорно-карбонатного соединения или окиси фосфорно-карбонатного соединения, полученных из фосфорного соединения и карбонатного соединения, и окиси.

17. Алмазный спеченный материал, описанный в любом из вышеизложенных пунктах 14-16, в котором фосфорное соединение содержит по крайней мере один из редкоземельных элементов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, элементов групп IIIБ, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов.

18. Алмазный спеченный материал, описанный в любом из вышеизложенных пунктов 14-16, в котором карбонатное соединение содержит по крайней мере один из редкоземельных элементов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, Mn и V.

19. Алмазный спеченный материал, описанный в любом из вышеизложенных пунктов 14 или 15, в котором материал, полученный из фосфорного соединения и карбонатного соединения, содержит по крайней мере один из редкоземельных элементов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, элементов групп IIIБ, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов.

20. Алмазный спеченный материал, описанный в любом из вышеизложенных пунктов 15 или 16, в котором окись содержит по крайней мере один из редкоземельных элементов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, элементов групп IIIБ, IVБ, VIБ и IVА Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, Mn и V.

21. Алмазный спеченный материал, описанный в любом из вышеизложенных пунктов 14, 15, 16 или 19, в котором материал, полученный из фосфорного соединения и карбонатного соединения, является апатитом, выраженным формулой M_x[N_yCO₃(P_aO_b)_z] , где M - единственный элемент или твердый раствор по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, щелочных элементов, щелочноземельных элементов, Pb, Mn и V, а N - по крайней мере один элемент или окисел, выбранный из группы, состоящей из редкоземельных элементов, элементов групп IIIБ, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов и окислов элементов группы IVА или окислов металлов, и "x", "y" и "z" - соответственно в интервалах 1 x 7, 1 y 6 и 1 z 6, "a" равно 1 или 2 и "b" равно 2, 3, 4, 5 или 7.

22. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в любом из вышеизложенных пунктов 14-21, который заключается в смешивании по крайней мере одного компонента, выбранного из группы, состоящей из порошков фосфорного соединения, порошков карбонатного соединения, порошков из фосфора и карбонатного соединения и порошков из окиси фосфора и карбонатного соединения, по крайней мере одного окисного и алмазного порошка, и спекании получающейся в результате смеси порошков в качестве сырьевого порошкообразного материала под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

23. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в любом из вышеизложенных пунктов 14-21, который заключается в предварительном получении соединения смеси, состоящих из по крайней мере одного компонента, выбранного из группы, состоящей из фосфорных соединений, карбонатных соединений, фосфорно-карбонатных соединений и окиси фосфорно-карбонатных соединений и, по крайней мере одного окисного порошка, превращении его в порошок, смешивании получающегося в результате порошка и алмазного порошка и спекании получающейся в результате смеси порошков в качестве сырьевого порошкообразного материала под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

24. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в любом из вышеизложенных пунктов 14-21, который заключается в смешивании по крайней мере одного компонента, выбранного из группы, состоящей из порошков фосфорного соединения, порошков карбонатного соединения, порошков из фосфора и карбонатного соединения и порошков из окиси фосфора и карбонатного соединения, и по крайней мере одного окисного порошка для получения смеси порошков или в предварительном получении соединения или смеси, состоящих по крайней мере из одного компонента, выбранного из группы, состоящей из фосфорных соединений, карбонатных соединений, фосфорно-карбонатных соединений и окись фосфорно-карбонатных соединений и по крайней мере одной окиси, превращении его в порошок, приготовлении тонкого куска, тонкого листа или подложки спеченного материала из смеси порошков или из порошка, объединении алмазного или графитового порошка с тонким куском, тонким листом или подложкой спеченного материала и пропитки получающейся в результате заготовки под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза, тем самым цементируя алмаз.

25. Алмазный спеченный материал, содержащий 0,1-30 об.% материала, состоящего из соединения содержащего элемент группы III Периодической таблицы элементов и фосфор, и остальное - алмаз.

26. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенном пункте 25, в котором соединение, содержащее элемент группы III Периодической таблицы элементов и фосфор, является соединением, состоящим из окиси элемента группы III Периодической таблицы элементов и окиси фосфора.

27. Алмазный спеченный материал, описанный в вышеизложенном пункте 25, в котором соединение, содержащее элемент группы III Периодической таблицы элементов и фосфор, является фосфором элемента группы III Периодической таблицы элементов.

28. Алмазный спеченный материал, описанный в любом из вышеизложенных пунктов 25-27, в котором элементами группы III Периодической таблицы элементов являются B, Al и V.

29. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в любом из вышеизложенных пунктов 25-28, который заключается в использовании фосфата элемента группы III Периодической таблицы элементов в виде порошка и в качестве цементирующего вещества, смешивании порошка фосфата с алмазным порошком или неалмазным углеродным порошком или смесью алмазного и неалмазного углеродного порошков, выдерживании и спекании получающейся в результате смеси порошков под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

30. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в любом из вышеизложенных пунктов 25-28, который заключается в наслаивании формованного материала из порошка фосфата элемента группы III Периодической таблицы элементов, используемого в качестве цементирующего вещества, и формованного материала из алмазного порошка или неалмазного углеродного порошка или из смеси алмазного и неалмазного углеродного порошков и выдерживании и спекании получающегося в результате слоистого материала под давлением и при температуре в термодинамически устойчивой области алмаза.

31. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 29 или 30, при котором фосфатом является гидрат фосфата, кислый фосфат или гидрат кислого фосфата.

32. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 29 или 30, при котором смесь окиси элемента группы III Периодической таблицы элементов и окиси фосфата используется в качестве цементирующего вещества.

33. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в вышеизложенных пунктах 29 или 30 при котором смесь окиси элемента группы III Периодической таблицы элементов и фосфата элемента III Периодической таблицы элементов используется в качестве цементирующего вещества.

34. Способ производства алмазного спеченного материала, описанного в любом из вышеизложенных пунктов 29-33, при котором элементом группы III является бор, алюминий или иттрий.

35. Инструмент из алмазного спеченного материала для резания, полирования и бурения, отличающийся использованием в качестве режущей кромки алмазного спеченного материала, описанного в предшествующих пунктах, или алмазного спеченного материала, полученного по способу, описанному в предшествующих пунктах.

36. Абразивный порошок, полученный измельчением алмазного спеченного материала, описанного в предшествующих пунктах, или алмазного спеченного материала, полученного по способу, описанному в предшествующих пунктах.

Изобретение основано на обнаружении того, что фосфорные соединения, каждое из которых содержит по крайней мере один элемент (A), выбранный из группы, состоящей из элементов групп IIIА, IIIБ, IV А, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, элементов группы железа, Mn, V, щелочных металлов, редкоземельных элементов и щелочноземельных элементов, являются очень эффективными в качестве цементирующей связки для алмазного спеченного материала.

В вышеупомянутом пункте 1 связка может быть либо аморфной, либо кристаллической, а смесь (C') включает в себя смешанные соединения, твердые растворы, смешенные или сложные окислы, каждое из которых содержит другие соединения в дополнение к фосфорным соединениям.

Предпочтительный вид фосфорного соединения, способного оказать цементирующее действие в отношении алмаза, выражен формулой P_aO_b, и когда "a" равно 1 или 2 или "b" равно 2, 3, 4, 5 или 7 в этой формуле, то можно достигнуть лучших результатов. Также установлено, что состав, сильнодействующий в качестве материала связки, выражен формулой M N_x(P_aO_b)_y(OH)_z, в которой M - простое вещество или твердый раствор, по крайней мере, одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов, щелочноземельных элементов и элементов группы IVБ Периодической таблицы элементов, и N - простое вещество или твердый раствор, по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов группы IIIБ Периодической таблицы элементов, и серы, а "x", "y" и "z" соответственно находятся в интервалах 1 x 4,5, 1 y 5 и 1 z 26; который эффективно действует даже в сочетании с различными соединениями или окислами.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагаемый алмазный спеченный материал, содержащий 50-99,9 об.%, предпочтительно 50-99,5 об.%, более предпочтительно 70-90 об.% алмаза и остальное - связка, полученная из редкоземельного элемента и фосфорного соединения, отличается использованием смеси или соединения, состоящего из редкоземельного элемента и фосфорного соединения.

Далее будет проиллюстрировано действие редкоземельных элементов, фосфорных соединений и других веществ по изобретению.

а) Влияние добавления редкоземельных элементов.

Редкоземельный элемент действует как растворитель для растворения углерода и ускоряет цементирование алмаза. Однако при использовании редкоземельных элементов в виде единственного элемента или сплава редкоземельного металла и металла группы железа в качестве материала цементирующей связки они реагируют с алмазом с образованием карбидов, которые препятствуют цементированию зерен алмаза.

б) Влияние добавления фосфорных соединений.

С другой стороны, фосфорное соединение обладает действием по предотвращению науглероживания редкоземельных элементов в дополнение к своему каталитическому или растворяющему действию при синтезе алмаза и способствует растворяющему действию редкоземельных элементов.

Следовательно, предполагается, что сосуществование редкоземельного элемента и фосфата в цементирующей связке предпочтительно для цементирования алмаза, но, как показывает дифракция рентгеновских лучей, смесь редкоземельного элемента и фосфата растворяется в устойчивой области алмаза и в конце концов почти переходит в его соединение при нормальном давлении.

Такое соединение редкоземельного элемента и фосфата сильно протравливается или корродирует под действием кислоты или щелочи и обладает тем преимуществом, что при его использовании в качестве связки не требуются такие высокие давления и температура, как в случае карбонатов. Однако углерод алмаза частично реагирует с этим соединением с образованием в некоторых случаях карбидов, карбонатных соединений или их смесей, но это не оказывает никаких существенных влияний.

в) Влияние добавления щелочноземельных металлов, элементов групп IIIБ и IVБ Периодической таблицы элементов и серы.

Эти элементы соответственно обладают низким каталитическим действием для синтеза алмаза, но оказывают действие по снижению температуры плавления связи и, таким образом, на спекание алмаза при сравнительно низком давлении и низкой температуре. Это означает, что может быть намного снижена стоимость производства алмазного спеченного материала с получающейся в результате большой экономической выгодой, изготавливая его при сравнительно низком давлении и низкой температуре.

г) Преимущество, получаемое в результате использования фосфорных соединений в качестве связки.

Первое преимущество заключается в том, что фосфорное соединение обладает отличными химической стойкостью, а также прочностью и не ухудшает связку. В частности, это преимущество более значительное при бурении или резании в коррозионной среде.

Фосфорное соединение имеет коэффициент теплового расширения 5 10^-6, более близкий к коэффициенту теплового расширения алмаза 2-3 10^-6, и, следовательно, не возникает никакого теплового напряжения в спеченном материале, даже если его используют при высокой температуре, результатом чего является отличная теплостойкость.

Второе преимущество заключается в том, что снижена температура плавления связки, поэтому спекание возможно при низкой температуре. Подобные преимущества могут быть получены в любом случае, т.е. составлением связки из единственного соединения или из многих соединений.

д) Влияние вида фосфорных соединений.

В общем окиси фосфора могут быть выражены формулой P_aO_b. Как было установлено, ряд фосфорных кислот, в которых "a" и "b" удовлетворяют следующим условиям, обладают стабилизирующим действием и служат для цементирования алмаза, a = 1 или 2, b = 2, 3, 4, 5 или 7.

Далее установлено, что кроме ортофосфорной кислоты гипофосфорная кислота (H₃PO₂) также является эффективной, например, как Ce(H₃PO₂)₃H₂O и т.д., причем эффективно действует и метафосфорная кислота (HPO₃). Кроме того, могут эффективно применяться полифосфорные кислоты, как, например, пирофосфорная кислота, трифосфорная кислота, триметафосфорная кислота, тетрафосфорная кислота и т.д.

е) Влияние соединений, выраженных формулой MN_x(P_aO_b)_y (OH)_z.

Соединение MN_x(P_aO_b)_y (OH)_z, в котором M является Ce и N является Al, известно как CeAl₃(PO₄)₂(OH)₆ (флоренсит). Первое влияние, достигаемое благодаря использованию этого соединения для связки, заключается в том, что это соединение имеет такую низкую температуру плавления, что алмаз может быть сцементирован при более низкой температуре - на 300-400^oC по сравнению с карбонатным катализатором в известной технике, а давление может быть намного уменьшено - на 1 ГПа (10000 атм) или больше. Производство при таких низких давлении и температуре во многом способствует снижению стоимости изготовления спеченного материала и получению недорогого продукта.

Вышеописанное соединение устойчиво к кислоте и щелочам и обладает отличной коррозионной стойкостью, так что оно пригодно для использования в качестве режущей кромки буровой коронки при добыче нефти.

Соединение MN_k(P_aO_b)_y (OH)_z особенно полезно, когда M является простым веществом или твердым раствором по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов и элементов группы IVБ Периодической таблицы элементов, и N является простым веществом или твердым раствором по крайней мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов группы IIIБ (Al, B, Ga, In, Tl) Периодической таблицы элементов, и серы, а "x", "y" и "z" соответственно находятся в интервалах 1 x 4,5, 1 y 5 и 1 z 26.

Когда соединение диспергировано в окиси, могут иметь место влияния, сходные с вышеописанными.

ж) Влияние добавления карбоната.

Карбонат действует не только как растворитель для синтеза алмаза, но также как реагент для снижения температуры плавления связки и температуры синтеза алмаза благодаря сосуществованию с фосфорным соединением или образованию соединения. Кроме того, влияние карбоната заключается в снижении или сдерживании науглероживания редкоземельных элементов и т.п.

з) Влияние добавления соединений, содержащих щелочные металлы, щелочноземельные элементы, элементы групп IIIБ, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов.

Первое влияние заключается в том, что вышеописанное соединение обладает отличными химической стойкостью, а также прочностью и не ухудшает связку. В частности, это преимущество является более значительным при бурении или резании в коррозионной среде.

Фосфорное соединение имеет коэффициент теплового расширения 5 10^-6, более близкий к коэффициенту термического расширения алмаза 2-3 10^-6, и, следовательно, не возникает никаких тепловых напряжений в спеченном материале, даже если его используют при высокой температуре, результатом чего является отличная теплостойкость.

Второе влияние заключается в том, что снижается температура плавления связки и, таким образом, становится возможным спекание при низкой температуре. Подобные результаты могут быть получены в любом случае, т.е. составлением связки из единственного соединения или из множества соединений.

и) Влияние добавления окислов, в частности, окислов щелочных металлов, щелочноземельных элементов, элементов групп IIIА, IIIБ, IVБ и VIБ Периодической таблицы элементов, металлов группы железа, элементов группы IVА Периодической таблицы элементов, Mn и V.

Влияние добавления этих окислов заключается в снижении температуры спекания и в улучшении коррозионной стойкости или прочности связки.

к) Влияние присутствия в связке апатита, выраженного формулой M_x[N_yCO₃(P_aO_b)_z].

Первое влияние, получае