Способ получения поликристаллического алмазного материала

Способ получения поликристаллического алмазного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ-ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗНОГО МАТЕРИАЛА путем спекания алмазных частиц со связующим при температуре выше 1000^С и давлении выше 35 кбар, отличающийся тем, что, с целью повышения .прочности поликристаллического материала, в качестве связующего используют алмазно-графитовое покрытие, предварительно нанесенное на алмазные частицы.2,Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1200-1900**Си давлении АО-77 кбар.3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что спеканию«подвергают алмазные частицы с размером 0,1- 5 мкм с нанесенным алмазно-графитовым. покрытием толщиной 5-30 А.i(Лел>&|ii^ СОООсд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ g . dt s rt, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21), 2029403/26 (22) 14А6.74 (46) 30,07.83. Бюл. 28 (72) Д.В.Федосеев, Б.В.Дерягин, В.Н.Бакуль, А.И.Прихна, В.П.Варнин, С.П..Внуков, В.К .Герасименко, Ю..И.Никитин, И.В.Цыпин и А.В.Бочко (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов AH УССР и Ордена Трудового

Красного Знамени институт физической химии АН СССР (53) 666.233(088.8) (56) 1. Заявка Франции It 2022859, кл. С 01 В 31/00, 18.09.70.

2. Патент СВА У 3574580, кл. 51-307, 13.04.71.

3. Ilатент Великобритании и 1240526, кл. С 1 А, 28.07.71. 5 В 24 0 3/02; С 01 в 31/06 (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИ 1 flOJlNКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛИАЗНОГО МАТЕРИ"

АЛА путем спекания алмазных частиц со связующим при температуре выше

1000 Ñ и давлении выше 35 кбар, отличающийся тем, что, с целью повышения, прочности поликристаллического материала, в качестве связующего используют алмазно-графитовое покрытие, предварительно нанесенное на алмазные частицы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а" ю шийся тем что спекание проЭ о водят при температуре 1200-1900 С и давлении 40-77 кбар.

3, Способ по п. 1, о т л и ч а - ф ю шийся тем, что спеканив.подвергают алмазные частицы с размером 0,1"

5 мкм с нанесенным .алмазно"графитовым . С покрытием толщиной 5-30 А.

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, в частности к методам изготовления компактных алмазных поликристаллических материалов, которые могут быть использованы для оснащения буровых инструментов, работающих в условиях динамических нагрузок, .леэвийного режущего иструмента и др.

Известны способы получения поликристаллического алмазного материала, включающие спекание алмазных частиц при(высоком давлении и температуре в области устойчивого состояния алмаза (1

К недостаткам способов можно отнести повышенную хрупкость получаемых материалов.

Известны также способы получения алмазных компактных материалов путем спекания при высоком давлении и температуре алмазных частиц с различными добавками, выполняющими роль связующего (2 .

Известен также, способ (3 ), по

KoTopot . алмазный поликристаллический материал получают спеканием алмазных частиц с добавками бора, титана, тантала, молибдена и других металлов или карбидов при температуре выше 1300 С и давлении 50 кбар.

Однако отмечается низкая прочность получаемого материала, Это обусловлено тем, что алмаз сначала графитизируют, потом в области стабильности алмаза преобразуют пограничный слой графита между зернами в алмаз, что возможно только при наличии металла-катализатора (растворителя), так как на поверхности находится только графит. Рост .алмазного перешейка между зернами начинается со стороны алмазных зерен, алмазы слу жат подложкой. Взаимная несориентированность подложек и присутствие металла приводят к появлению кристаллических дефектов, связка обладает пониженной прочностью.

Цель изобретения - повышение прочности получаемого поликристалличес" кого материала. Это достигается тем, что спеканию подвергают отдельные алмазные частицы с эпитаксиально наращенным на их поверхности покры" тием, состоящим иэ алмазного и алмазно-графитового слоев.

При проведении эпитаксиалвного наращивания Элмазов непосредствен- но на алмазную поверхность осажда"

5ff9935 2 ется углерод со структурой алмаза.

Процесс протекает в метастабильных условиях, поэтому далее наряду с продолжающимся ростом алмаза будут возникать и расти зародыши.графита.

М

Таким образом создается переходныи алмазно-графитовый слой. Дальнейшее ведение процесса приведет к преимущественному росту графита, кото- рый термодинамически стабильнее, чем алмаз. Если графит в алмазно-графитовом слое и в начале графитового слоя имеет относительную ориентацию, то при последующем осаждении углероf5 да ориентация теряется и начинает образовываться неалмазный углеродсажа. Графитовый слой и сажа являются нежелательными для осуществления спекания алмазных частиц, поэтому го процесс эпитаксиального наращивания прекращается после нанесения алмазно-графитового слоя.. Характерный особенностью переходного алмазнографитового слоя является то, что . л находящийся в нем графит легче пере" ходит в,алмаз, чем просто графит, благодаря ориентирующему действию поверхности эатравочных кристаллов. зо.

Таким образом если взять алмазные, 1 частицы с нанесенным на них алмазно-графитовым покрытием и создать условия, соответствующие термодинамической устойчивости алмазов,, то графит. перейдет в алмаз при параметрах процесса более низких чем это следует иэ диаграммы состояния. углерода. Алмазно-графитовый слой со структурой алмаза и графита при высоких давлениях и температурах

40 заполняет, пространство между алмазными частицами (небольшие участки графита позволяют кристаллам, сколь" эить относительно друг друга) и, перейдя в структуру алмаза, позволяет создать материал-связку с равномерными по обьему свойствами. При этом достигается меньшая дефектность и большая прочность связи и прочность .. самого материала.: Порошки алмаза с эпитаксиально наращенным на их поверхность покрытием могут спекаться в устройстве высокого давления и температуры любого типа, сгюсобом обеспечить получение необходимых давления и температуры.

П р и и е р. Исходный порошок an" маза зернистостью l/0 икм с зпитаксиальйо нанесенным алмазно графито3 549935 4 вым покрытием толщиной 10 _#_ помещают элемент в виде цилиндра с диаметром внутрь трубчатого графитового. нагре- . 3,5 мм и высотой 4 мм, вес которователя с размерами: 7:мм - наружный,. ro составляет около 0,5 карат. Пре. диаметр; 4 мм - внутренний диаметр; дел прочности получаемого материала 4 мм " высота; и закрывают с двух сто > на сжатие 590 кгс/мм, что превыаарон графитоаыми дисками. Реакцион- . ет прочность материала, полученного ,ный сосуд подвергают действию давле- известным способом, в 1,4 раза. ния 77 кбар и температуры 1600 С с вы" Кроме того, способ повыеает влас" держкой при этих. условиях в течение тичность материала, его термостой4 мин, после чего понижают темпера.- 10 кость и позволяет использовать истуру и, давление. В результате полу- ходные алмазные частицы практжнесчают поликристаллический алмазный. ки любых размеров.

1Редактор О. Юркова Техред . O. нетелева Корректор; А. Повх аа

Заказ 6544/3 Тираж 795 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий .

113035, Иосква, N-35, Рауаская наб,; д. 4/5. ф4 Ъ ю е ав м ю е м ч

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4