Способ покрытия суперабразива металлом

Способ покрытия суперабразива металлом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа покрытия суперабразивных частиц металлом, а более конкретно оно имеет отношение к созданию способа получения алмазных абразивных частиц, покрытых тонким слоем металла, химически связанного с нижележащим абразивом, причем указанные покрытые частицы особенно полезны для изготовления инструментов из суперабразива с металлической связкой, предназначенных для шлифования и резания, или металлизированных алмазных изделий.

Алмазные суперабразивы имеют самую высокую твердость, что позволяет использовать их для обработки других очень твердых материалов. Например, суперабразивные инструменты часто используют для формовки, правки или заточки других абразивных инструментов. Поэтому инструменты для шлифования и резания, в которых используют абразивную часть, содержащую суперабразив, имеют большое значение в промышленности.

В самом простом виде суперабразивные инструменты главным образом включают в себя частицы суперабразивных материалов, качественный конструктивный металлический сердечник инструмента и металлическую связку, которая удерживает суперабразив в композитной структуре, или же единственный слой суперабразива, связанный с сердечником. Указанными частицами могут быть частицы неправильной формы, которые иногда именуют как грит, зерна или гранулы, или это могут быть изделия точно заданной формы, такие как алмазная пленка и фасонные поликристаллические композиты. Фасонные алмазные вставки также используют для обработки на станке твердых и абразивных материалов, таких как композиты с металлической матрицей и литые сплавы алюминия. Так называемые инструменты с единственным слоем частиц имеют слой абразива, связанный с сердечником, причем толщина указанного слоя равна номинальной толщине единственной абразивной частицы.

Существует множество путей изготовления суперабразивных инструментов с металлической связкой. Многие из них, такие как пайка, предусматривают введение гранул на сердечнике в контакт с композицией связки, нагрев собранных (смонтированных) ингредиентов до тех пор, пока не произойдет превращение в жидкое состояние композиции связки, а затем охлаждение для твердения композиции связки. В идеальном случае композиция металлической связки прочно соединяется с металлом сердечника и сцепляет гранулы с сердечником. Основной недостаток этого процесса состоит в том, что многие предпочтительные композиции металлической связки не образуют прочного сцепления с суперабразивами. Слабое сцепление приводит к низкой прочности связки, что, в свою очередь, ведет к преждевременной потере абразивных частиц инструментом в процессе работы. Это создает особые проблемы для инструментов с единственным слоем частиц, в которых желательно иметь возможно меньшую массу связки вокруг гранул, чтобы открыть максимально режущую поверхность. Если увеличивать толщину связки для улучшения сцепления, то абразивные гранулы будут более глубоко погружены в связку и инструменты будут иметь меньшую площадь режущей поверхности, обращенную к обрабатываемой детали. Более того, в ходе использования толстая связка снашивается и остается слишком малое количество имеющей малую прочность связки для удержания гранул, которые в результате легко выпадают из инструмента.

Хорошо известный способ повышения сцепления суперабразива с металлической связкой предусматривает использование композиций связки, которые являются химически активными по отношению к суперабразиву, так что в ходе изготовления инструмента композиция связки сцепляется с поверхностью абразивных частиц. Однако многие композиции порошковой металлической связки для суперабразивов относятся не к химически активным и не образуют химической связи с суперабразивом. Отсутствие химической связи с суперабразивом ведет к преждевременной потере суперабразива.

Более совершенная технология повышения сцепления предусматривает включение ингредиента из химически активного металла в предшественник композиции связки. Этот ингредиент может вступать в прямую реакцию с суперабразивом с образованием прочной химически связи между металлом и гранулами. Так называемые композиции связки с "активным металлом" содержат как не химически активные, так и химически активные компоненты. Обычно не химически активные компоненты образуют большую часть композиции связки. Не химически активные компоненты сплавляются с образованием прочной и долговечной связки, которая сцепляется с сердечником. Химически активный компонент прочно связан при помощи химической связки с суперабразивом и сцеплен с не химически активным сплавом. Например, в патенте США No. 4968326 описан способ изготовления алмазного инструмента для резания и шлифования, который предусматривает перемешивание образующего карбид материала с припоем и временным связующим, нанесение смеси на подложку инструмента, нанесение алмазных частиц на покрытый смесью инструмент и нагрев объединенных таким образом материалов для первоначального формирования карбидного покрытия на алмазе. После этого производят пайку алмаза с карбидным покрытием на инструмент.

Несмотря на несомненный прогресс по сравнению с известными ранее технологиями, использование связки с активным металлом ставит дополнительную проблему обеспечения присутствия ингредиента из химически активного металла у поверхности гранул суперабразива, где желательно создавать химическую связь. В соответствии с основным аспектом указанной технологии ингредиент из химически активного металла перемешивают в порошковой форме с другими компонентами композиции металлической связки. Смесь затем наносят в виде пасты или в сухом виде. Только та часть ингредиента из химически активного металла, которая находится поблизости от суперабразива, непосредственно сцепляется с абразивом. Ингредиент из химически активного металла в других местах композиции связки является лишним или, в худшем случае, вредным и ухудшающим свойства связки в целом. Поэтому важно иметь ингредиент из химически активного металла в виде возможно более мелкого порошка и однородно вводить ингредиент из химически активного металла в смесь, чтобы получить тесный контакт между суперабразивом и ингредиентом в ходе образования связки.

Одним из известных подходов для решения указанной проблемы является покрытие гранул суперабразива ингредиентом из химически активного металла ранее перемешивания с другими компонентами связки. За счет этого ингредиент из химически активного металла будет оптимально введен в нужное время для образования связки. Например, в патенте США No. 5855314 описан способ нанесения покрытия, в котором частицы ингредиента из химически активного металла механически сцеплены с поверхностью зерен суперабразива. Этого достигают за счет перемешивания порошка ингредиента из химически активного металла с жидким связующим, чтобы получить пастообразный клей, после чего полученную пасту перемешивают с абразивными зернами для смачивания зерен и производят сушку смеси для сцепления активного компонента с зернами. При этом важно использовать частицы ингредиента из химически активного металла возможно меньшего размера для обеспечения равномерного покрытия зерен. Даже в том случае, когда ингредиент из химически активного металла поступает в виде мелкого порошка, он присутствует у поверхности в макромолекулярном количестве и поэтому обычно имеет в избытке по сравнению с количеством, необходимым для цементирования связки с суперабразивом. По той причине, что ингредиент из химически активного металла и суперабразив часто представляют собой частицы неправильной формы, трудно добиться того, чтобы покрытие было полным (сплошным) или однородным поверх поверхности суперабразива.

Известны и другие способы нанесения очень тонких слоев металла на подложку, среди которых можно указать конденсацию из паровой (газовой) фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой (газовой) фазы (СVD). Способ PVD предусматривает использование электрической или тепловой энергии для распыления металлической мишени и конденсацию полученных горячих атомов металла на более холодной подложке. Этот способ не позволяет образовать химическую связь между осажденным металлом и подложкой. Способ CVD предусматривает введение металлического соединения в газообразной форме в нагретую CVD камеру, которая содержит подложку, на которую следует нанести покрытие. Теплота приводит к диссоциации металлического соединения в газообразной форме (например, гексафторида вольфрама) с образованием атомов металла, которые покрывают подложку, в то время как удаляется обычно газообразный побочный продукт диссоциации.

В некоторых случаях вместо простого механического покрытия подложки металлом CVD позволяет получать химическую связь металла с подложкой. Это является очень привлекательной характеристикой, так как позволяет производить сцепление предварительно связанного покрытого металлом суперабразивного материала с сердечником инструмента с использованием простого флюса и припоя или с использованием процесса в индукционной печи на воздухе. Если металлическое покрытие не является химически связанным заранее с суперабразивом, то способ изготовления инструмента становится намного более сложным и дорогим, например, таким как пайка в регулируемой атмосфере инертного газа или в вакууме.

CVD позволяет образовать связь металла с подложкой только в некоторых системах металл/суперабразив и только под воздействием предельной теплоты. Кроме того, газообразный побочный продукт может быть вредным для подложки. Это рассматривается в патенте США No.5224969, в котором описан способ нанесения вольфрама на покрытые хромом алмазные частицы при помощи CVD. В этом патенте объясняется, что при CVD с использованием гексафторида вольфрама освобождается содержащий фтор газ, который вступает во вредную реакцию с хромом. Поэтому в указанном патенте предложен сложный способ нанесения трехслойного покрытия, в котором CVD используют для нанесения третьего слоя. Более того, газообразные реагенты и побочные продукты, которые используют и получают при CVD, являются высокотоксичными для людей.

Было бы крайне желательно получить суперабразивный материал, имеющий сверхтонкие покрытия из химически активного или даже из не химически активного металла, без трудностей или осложнений, связанных с упомянутыми выше способами. Кроме того, желательно упростить процесс покрытия химически активным металлом и наносить его непосредственно на поверхность суперабразива, без необходимости введения барьерных металлических слоев. Существует также необходимость создания быстрого способа получения химически связанного металлического покрытия на суперабразивном материале. Это могло бы позволить, например, получать покрытые металлом суперабразивы для изготовления имеющих большой срок службы и эффективных абразивных инструментов или вставок для режущего инструмента, которые могли бы быть соединены с держателями инструмента с использованием обычных методов, таких как пайка с флюсом или нагрев в индукционной печи на воздухе. Такие инструменты будут характеризоваться наличием металлической связки между суперабразивом и сердечником, имеющей исключительно высокую прочность, низкой массой связки и очень высокой степенью открытия (обнажения) абразивных частиц в сторону обрабатываемой детали. Было бы желательно также получать химически активные металлические покрытия на суперабразивных частицах, которые равномерно покрывают суперабразив по всей поверхности подложки.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ покрытия суперабразива металлом, который включает в себя операции нагрева в инертной атмосфере суперабразива и образующего покрытие порошка, содержащего металл, при этом металл термически восстанавливается суперабразивом, выдержку порошка и суперабразива в течение времени, достаточного для эффективного восстановления металла, за счет чего образуется металлизированный суперабразив, имеющий металлический слой, химически связанный по меньшей мере с участком поверхности суперабразива, и отделение образующего покрытие порошка от металлизированного суперабразива.

В предложенном новом способе используют предшественник покрытия в твердом состоянии, причем этот способ не требует нагревания до предельных температур, подачи газообразных металлических соединений в CVD реактор и проведения их обработки в реакторе, а также введения таких больших количеств энергии на единицу массы продукта, как это требуется в обычных PVD или CVD способах. Предложенный способ позволяет произвести равномерное покрытие металлом поверх всего суперабразива. Преимущественно толщину покрытия можно контролировать в молекулярном диапазоне, так что присутствует как раз столько металла покрытия, сколько это необходимо для обеспечения сцепления связки с суперабразивом. Суперабразивное изделие с металлическим покрытием, полученное при помощи предложенного способа, является идеальным для изготовления всех типов связанных и покрытых суперабразивом инструментов для шлифования, резания и обработки на станке, в особенности для изготовления инструментов с единственным слоем суперабразива и металлической связкой, а также инструментов для шлифования, резания и правки с суперабразивом в металлической матрице.

Используемый здесь термин "частица" означает любой общий дискретный объект из твердого вещества и не ограничивает его точный размер или форму. В применении к суперабразиву термин "частица" означает частицу суперабразивного материала неправильной формы или предопределенной формы. Частица суперабразива неправильной формы альтернативно может иногда называться как зерно, грит или гранула. Типичными примерами структур предопределенной формы являются сфера, куб или другие многогранники, а также слой ("лист") или пленка. Под "слоем" или "пленкой" обычно понимают плоский геометрический объект, имеющий три ортогональных характеризующих размера, два из которых существенно больше третьего. Использованный здесь термин "порошок" означает дискретные частицы твердого, образующего покрытие материала, вне зависимости от их размера и формы. При ссылке на образующий покрытие материал термин "порошок" может означать как единственную дискретную твердую частицу порошка, так и множество таких частиц. Если специально не указано иное, размер и форма частицы суперабразива могут быть такими же, как в порошке образующего покрытие металлического соединения, или могут быть другими.

В соответствии с основным аспектом настоящее изобретение в первую очередь связано с образованием (формированием) покрытия элементарным металлом частицы суперабразива. Металл, который наносят в виде покрытия на частицу суперабразива, поступает как компонент химического соединения в порошковой форме. Нанесение покрытия производят с использованием фундаментальной реакции восстановления неорганической химии, которая протекает при повышенной температуре в инертной атмосфере. Суперабразив служит в качестве восстановителя, вступающего в реакцию с элементарным металлом из металлического соединения, который затем образует химически связанное покрытие на поверхности частицы суперабразива.

В указанном процессе преимущественно используют химическую реакцию между покрытым металлом и суперабразивом для создания сильной химической связи у границы между металлом и суперабразивом. При приложении высокой температуры предложенный новый способ позволяет получить структуру, которая содержит суперабразивную подложку и слой металла, сцепленный с подложкой при помощи химической связи, которая образует промежуточный слой между суперабразивной подложкой и внешними металлическими слоями. Это создает прочное сцепление между металлом и суперабразивом, которое прочнее получаемого обычно в механических покрытиях.

Характерным для нового способа является то, что источник образующего покрытие металла является порошковым соединением металла, которое может быть термохимически восстановлено в элементарный металл при помощи восстановителя. Более того, сам суперабразив преимущественно является единственным присутствующим восстановителем, позволяющим произвести термохимическое восстановление. Таким образом, операция восстановления способа может быть проведена в среде, главным образом свободной от других восстановителей. Выражение "главным образом свободной" означает, что другие восстановители отсутствуют в таком количестве, которое существенно влияет на покрытие суперабразива, однако его не следует толковать как полное отсутствие всех других восстановителей. Из изложенного понятно, что небольшая часть поверхности частицы суперабразива расходуется в операции восстановления металлического соединения. Более того, для получения покрытых металлом суперабразивных зерен, подходящих для получения прочной металлической связки в абразивном инструменте, достаточен очень тонкий слой металла на суперабразиве, и поэтому только незначительное количество суперабразива будет поглощаться при использовании в качестве восстановителя.

Синтетические, природные и CVD алмазы, а также поликристаллические алмазы (PCD) и смесь указанных алмазов подходят для использования в предложенном новом способе. Суперабразивы с обычным размером зерна, которые используют в абразивных инструментах, хорошо работают в новом способе. Такие частицы суперабразива обычно имеют неправильную форму и преимущественно имеют характерный размер в диапазоне ориентировочно 0.1 мкм - 5 мм. Намного более узкий диапазон размеров частиц при необходимости может быть использован в любом абразивном инструменте. Размеры частиц типичного имеющегося в продаже суперабразива обычно лежат в диапазоне ориентировочно от 0.0018 дюйма (0.045 мм) до 0.046 дюйма (1.17 мм).

Некоторые суперабразивы, которые иногда называют "микроабразивами", имеют размер частиц в диапазоне ориентировочно от 0.1 мкм до 60 мкм. Размер зерна абразива обычно определяют путем просеивания через сита с точным размером ячеек. Таким образом, термин "характерный размер" относится к номинальному размеру ячейки сита, через которую частицы проходят или не проходят.

Предложенный новый способ также хорошо подходит для покрытия металлом суперабразивных объектов размером ориентировочно более 5 мм. Этими объектами могут быть имеющие неправильную форму, зернистые, большие кристаллы или это могут быть изделия предопределенной формы, такие как тонкие листы или более сложные структурно фасонные объекты, такие как конусы, прутки, стержни, диски и т.п. Тонкие суперабразивные листы включают в себя прямоугольные алмазные листы, преимущественно имеющие длину и ширину ориентировочно 5-250 мм и толщину ориентировочно 0.2-2 мм, а преимущественно ориентировочно 0.5-1 мм. Такие листы могут быть изготовлены при помощи CVD и часто называются как "алмазная пленка". Предложенный новый способ может быть легко применен для покрытия больших деталей суперабразивом за счет нанесения суперабразива на слой образующего покрытие порошка металлического соединения или введения суперабразива в этот слой.

Нормально покрытие наносят на всю поверхность, в том числе на обе стороны образующих лист абразивных частиц. При необходимости большие частицы могут быть маскированы для получения заданной картины покрытия поверхности, при этом маска не позволяет покрывать металлом некоторые участки поверхности. Например, наложение маски позволяет произвести избирательное покрытие только одной стороны, только граней, а также всего кроме граней и участков каждой из сторон образующих лист суперабразивных частиц.

Суперабразивная частица может быть маскирована за счет нанесения слоя барьерного материала на поверхность до начала операций термообработки. В ходе нанесения покрытия или после завершения нанесения покрытия маска может быть удалена, после чего получают суперабразивную частицу, которая имеет покрытие металлом на участке ее поверхности, который не был закрыт маской, и не имеет покрытия на участке ее поверхности, который был закрыт маской. Среди подходящих барьерных материалов можно указать тугоплавкие оксиды, нитриды, карбиды, то есть соединения, которые являются более стабильными, чем содержащее металл соединение. В качестве примера барьерных материалов можно указать оксид алюминия, оксид иттрия, карбид циркония и карбид титана.

Металлическим соединением должно быть химическое соединение выбранного заранее образующего покрытие металла, который может быть термохимически восстановлен суперабразивом для получения металла в элементарной форме.

Преимущественно металл выбирают прежде всего таким образом, чтобы решить поставленную задачу в конкретном случае нанесения покрытия. Например, при изготовлении абразивных инструментов с металлической связкой среди прочего особенно желательно получить образующий покрытие металл, который совместим с композицией металлической связки и химически активен при взаимодействии с суперабразивом. Композиции металлической связки для абразивных инструментов уже хорошо известны. Представительными металлическими компонентами в типичных композициях металлической связки являются олово, медь, серебро, никель, цинк, алюминий, железо, кобальт, а также их смеси. Вольфрам является особенно предпочтительным образующим покрытие металлом. Преимущественно металлическим соединением является оксид заранее выбранного образующего покрытие металла, причем оксид вольфрама является наиболее предпочтительным.

Количество имеющихся исходных материалов должно быть достаточно для получения желательной толщины металла покрытия на суперабразиве. Таким образом, совокупное количество металла должно быть больше, чем стехиометрическое количество, необходимое для получения желательной толщины металлического покрытия. Суперабразивные частицы, которые используют в однослойных абразивных инструментах с металлической связкой, должны быть в достаточной степени покрыты, когда металлический слой имеет толщину, равную по меньшей мере двум молекулам. Обычно на практике такие малые размеры не измеряют, однако для определения настоящего изобретения укажем, что средняя толщина металлического покрытия, вероятно, должна составлять по меньшей мере около 100 нм. Вообще говоря, полный вес образующего покрытие порошка будет зависеть от площади поверхности суперабразива, на который наносят покрытие. Более мелкие абразивные частицы могут потребовать больше образующего покрытие порошка на единицу веса, чем более крупные абразивные частицы, потому что более мелкие абразивные частицы имеют большую удельную площадь поверхности.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения алмаз может быть покрыт вольфрамом за счет нагрева алмаза и образующего покрытие порошка оксида вольфрама вместе в инертной атмосфере. Оксид вольфрама имеет вид хрупкого желтого порошка, а алмаз имеет вид гранул или фасонных частиц. При условии, что образующий покрытие порошок и суперабразивные частицы находятся в общей бескислородной атмосфере, и преимущественно в непосредственной близости друг с другом, будет образовано (сформировано) химически связанное покрытие, несмотря на то, что суперабразив и образующий покрытие порошок не находятся во взаимном физическом контакте.

Не желая связывать себя никакой особой теорией, все же можно полагать, что образуется связанное карбидом вольфрама покрытие из вольфрама на алмазе в соответствии со следующими химическими реакциями [I] и [II]:

Неожиданный феномен образования покрытия без касания друг друга твердыми исходными материалами может случиться потому, что часть оксида вольфрама испаряется и химически диссоциирует с образованием вольфрамового покрытия с приемлемой скоростью. Вольфрам подвергается науглероживанию для образования карбида вольфрама у поверхности алмаза. Реакция восстановления также образует газообразный моноксид углерода, который при продувке выпускают в атмосферу, что далее будет изложено более подробно.

Другие металлические оксиды могут быть использованы вместо оксида вольфрама или в сочетании с ним в процессе карботермического восстановления при получении суперабразивного покрытия в соответствии с настоящим изобретением. Подходящие металлические оксиды и начальные температуры реакции для каждого металлического оксида указаны в приведенной ниже таблице.

Соединение металлического оксида	Приблизительная начальная температура реакции, °С
VO2	900
V2O4	900
V2O5	700
V3O5	1000
V4O7	900
MoO2	700
МоО3	600
Ta2O5	1100

При нагревании в присутствии указанных порошков образуется покрытие на поверхности алмазной частицы в соответствии со следующей реакцией:

МеО+С(алмаз)=МеС+СО (газ),

где Me - металл, МеО - оксид металла и МеС - карбид металла.

Температура процесса будет зависеть от начальной температуры реакции для выбранного оксида металла. Как это показано в приведенной таблице, температуры реакции, которые необходимы для испарения и химической диссоциации указанных оксидов металлов, могут лежать в диапазоне ориентировочно от 600 до 1100°С. Предпочтительными оксидами металлов являются оксиды вольфрама (W), ванадия (V), тантала (Та) и молибдена (Мо), а также их комбинации. В отличие от этих оксидов металлов оксид титана (ТiO₂) будет образовывать металлическое покрытие TiC на суперабразивной частице, однако суперабразив может претерпевать нежелательную термическую деградацию при температуре распада ТiO₂, составляющей около 1300°С. В случае Та₂О₅, имеющего температуру распада около 1100°С, частицы природного алмаза могут быть использованы в качестве подложки, причем они не подвергаются никакому термическому повреждению, однако частицы синтетического алмаза претерпевают термическую деструкцию. Таким образом, оксид металла, который имеет максимальную температуру испарения или распада 1100°С, является предпочтительным для использования в качестве реагента в процессе карботермического восстановления для покрытия суперабразивных частиц. Когда используют оксид вольфрама, то температура около 1050°С является предпочтительной как для синтетического, так и для природного алмаза. Наблюдали, что покрытие, образованное при такой высокой температуре, снижает хрупкость алмаза по сравнению с алмазом до нагревания и нанесения покрытия.

При продолжении термического процесса слой металлического покрытия нарастает на алмазе сначала в виде карбида металла, а затем в виде металла. Скорость покрытия металлом открытых поверхностей алмаза зависит от кристаллографической ориентации поверхности алмаза. Процесс преимущественно позволяет создать покрытие с относительно равномерной толщиной на поверхности суперабразива. Обычно чем больше время нанесения покрытия, тем толще образующийся металлический слой. Нанесение металла прекращают при достижении желательной толщины покрытия за счет удаления образующего покрытие порошка с поверхности суперабразива или за счет удаления образующего покрытие порошка из общей инертной атмосферы. Другими способами прекращения развития покрытия являются понижение температуры смеси частиц и/или пропускание инертного газа поверх вступающих в реакцию частиц при высокой скорости, позволяющей эффективно очистить атмосферу от химически активного вольфрама.

Инертная атмосфера образует среду для транспортирования химических разновидностей в виде пара, которые участвуют в процессах восстановления и осаждения. Поэтому важно, чтобы образующий покрытие порошок и суперабразив, на который наносят покрытие, находились в одной и той же инертной атмосфере. Инертная атмосфера может быть статической, однако некоторое движение в ней может привести в движение (мобилизовать) разновидности в направлении твердых материалов и повысить скорость нанесения покрытия. Поэтому желательно пропускать инертную атмосферу через слой твердых исходных материалов, причем поток в ходе процесса может быть остановлен. Отметим, что чрезмерная скорость течения может разбавлять и уносить реагенты в виде пара ранее их поступления к поверхности суперабразива. Концентрация побочного продукта реакции восстановления, например, моноксида углерода, в статической атмосфере и даже при ее рециркуляции может возрастать. Это может замедлять процесс покрытия металлом. Следовательно, желательно удалять из атмосферы побочные продукты в ходе процесса. Это может быть осуществлено за счет выпуска части атмосферы и введения свежего инертного газа для восполнения выпущенного объема. Преимущественно следует производить полную замену объема инертного газа ориентировочно 5-20 раз в час.

Под термином "инертная" атмосфера понимают, что состав инертной атмосферы главным образом не содержит кислорода или других веществ, которые могут участвовать в реакции восстановления. Отсутствие кислорода можно обеспечить путем вытеснения инертного газа или создания вакуума поверх суперабразива и образующего покрытие порошка. Следует создавать такое разрежение при вакууме, которое обеспечивает эффективное удаление главным образом всего кислорода из атмосферы. Преимущественно при вакууме получают атмосферу с абсолютным давлением менее ориентировочно 3 Па.

Инертную атмосферу преимущественно создают путем замены содержащей кислород атмосферы бескислородным газом, в окружающей атмосфере или в атмосфере с повышенным давлением. Можно использовать пропускание газа через твердые реагенты со скоростями, которые позволяют эффективно мобилизовать (сделать подвижными) реагенты в виде пара, что способствует повышению эффективности покрытия суперабразива. Представительными газами, которые подходят для использования в соответствии с настоящим изобретением, являются аргон, гелий, криптон, неон, азот, ксенон, а также их смеси. Аргон и азот являются предпочтительными.

Как уже было упомянуто здесь ранее, образующий покрытие порошок и суперабразивная частица не обязательно должны быть во взаимном физическом контакте для осуществления предложенного нового способа, причем частицы и порошок могут быть отделены друг от друга. Например, образующий покрытие порошок может быть помещен в тигель, а суперабразивные частицы могут быть помещены в сито, подвешенное над тиглем в той же самой инертной атмосфере. Преимущественно нанесение покрытия проводят партиями, подвергая термообработке партии образующего покрытие порошка и суперабразива в тиглях. Однако непрерывный процесс не выходит за рамки настоящего изобретения. Например, образующий покрытие порошок и суперабразивные частицы могут быть уложены непрерывным слоем на смежных параллельных, но раздельных лентах транспортеров, имеющих постоянное движение, причем ленты могут двигаться через печь с инертной атмосферой. Этот процесс с разделенными частицами позволяет легко разделять частицы покрытого суперабразивного продукта от частиц образующего покрытие исходного материала по завершении процесса. Это желательно в том случае, когда образующие покрытие частицы и суперабразивные частицы имеют ориентировочно один и тот же размер. Это также позволяет собирать частицы продукта различных размеров, которые могли бы повреждаться при проведении таких механических операций, как просеивание.

Предложенный новый способ может быть осуществлен с использованием смеси образующего покрытие порошка и суперабразивных частиц. При выпуске партий смесь помещают в единственный тигель, а затем подвергают термообработке как партию материала.

Преимущественно смесь готовят путем сухого перемешивания образующего покрытие порошка с суперабразивным материалом. Смесь можно готовить партиями или непрерывно. Может быть использовано обычное оборудование для перемешивания смеси, такое как ленточно-винтовые мешалки, барабанные опрокидыватели и V-конусные мешалки. Мешалки с низкими мощностями являются предпочтительными, так как они позволяют избежать дробления суперабразивных частиц. В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения образующий покрытие порошок имеет размеры, отличающиеся от размеров частиц суперабразива, причем размер частиц образующего покрытие порошка обычно меньше, чем размер суперабразивных частиц. За счет этого суперабразивные частицы могут быть легко разделены от образующего покрытие порошка просто путем пропускания смеси через сита соответствующих размеров. В методике разделения частиц продукта от смеси преимущественно не используют метод элютриации (отмучивания), так как при использовании такого метода происходит истирание частиц при контакте друг с другом и с ударной пластиной аппарата для отмучивания, что может изменять размер частиц и/или повреждать покрытый металлом суперабразивный продукт. Суперабразивные частицы могут быть разделены от порошка за счет введения смеси в жидкость, такую как вода, при этом порошок с меньшей плотностью всплывает, а суперабразив с более высокой плотностью падает на дно.

В соответствии с другим предпочтительным аспектом настоящего изобретения образующий покрытие порошок и суперабразив должны иметь большую площадь поверхности, открытую для инертной атмосферы. Это можно сделать при размещении твердых материалов в виде мелких неподвижных слоев. Преимущественно глубина слоя ориентировочно не должна превышать более чем в 20 раз средний размер частиц в слое. Для зернистых частиц или частиц неправильной формы определение среднего размера частиц производят по номинальному размеру (меш) ячейки сит самого большого и самого малого размеров, которые соответственно позволяют проходить всем частицам и не проходить ни одной частице. Если образующий покрытие порошок находится в смеси с суперабразивными частицами, то предпочтительная глубина слоя ориентировочно не должна превышать более чем в 20 раз средний размер частиц суперабразива. Если суперабразив имеет форму листа, то размером, который используют для определения глубина слоя, будет являться толщина листа. Таким образом, преимущественно следует уложить образующий покрытие порошок в слой глубиной самое большее 20 мм для покрытия алмазной пленки толщиной около 1 мм.

Резервуары, в которых содержатся образующий покрытие порошок и суперабразивные частицы в ходе термообработки, должны быть изготовлены из материала, который позволяет выдерживать высокие температуры и не оказывает вредного влияния на процесс нанесения покрытия. Преимущественно следует использовать керамические тигли, причем может быть использована любая огнеупорная керамика, кроме графитовой керамики, например, керамика из глины с графитом.

Первостепенными параметрами, которые следует контролировать в предложенном новом способе, являются температура и время. После того, как образующий покрытие порошок и суперабразив введены вместе в инертную атмосферу, повышают температуру для начала реакции восстановления. Обычно пороговая температура для начала реакции зависит от свойств суперабразива и металлического соединения. Эта температура обычно составляет по меньшей мере около 500°С.

Нормально процесс протекает быстрее при более высоких температурах, однако не следует превосходить температуру деструкции суперабразива, которой является такая температура, при которой суперабразив изменяет форму и теряет свои суперабразивные свойства. Воздействие на алмаз температуры ориентировочно свыше 1200°С, при атмосферном давлении или ниже него, в атмосфере инертного газа, приводит к быстрому превращению алмаза в графит. Для оптимальной кинетики реакции и минимального термического повреждения предпочтительным диапазоном температур является диапазон ориентир