Шихта для получения порошка кубического нитрида бора

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Витязь Петр Александрович Гамеза Людмила Михайловна Антонович Ярослав Валентинович Целуевский Михаил Станиславович Унярха Люция Степановна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Шихта для получения порошка кубического нитрида бора, включающая мелкодисперсные порошки фторида лития, азида натрия, поливинилового спирта и графитоподобного нитрида бора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит мелкодисперсный порошок нитрида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.фторид лития 5-25 азид натрия 5-25 поливиниловый спирт 0,1-2,5 нитрид кремния 1-10 графитоподобный нитрид бора остальное. Изобретение относится к области технологии получения абразивных материалов, а именно к области получения порошков кубического нитрида бора, предназначенных для получения сверхтвердых композиционных материалов. Известна шихта для получения порошков кубического нитрида бора патент США 4810479, 1989, состоящая из 50 мас.графитоподобного нитрида бора и 50 мас.катализатора, представляющего собой смесь фторида лития и нитрида магния, взятых в соотношении 31. Синтез производится в аппаратах типа белт при воздействии высокого давления (7,0 ГПа) и высокой температуры (1200 С) в течение 10 мин на указанную смесь. Выход порошков кубического нитрида бора размерами 5-10 мкм составляет 90 . К недостаткам указанной шихты следует отнести то, что применяющийся нитрид магния является нестойким, интенсивно разлагающимся соединением, поэтому для промышленных целей он явно неудобен, поскольку заготовки для синтеза с таким катализатором не могут заготавливаться впрок вследствие быстрого окисления и разложения. К недостаткам получения порошков кубического нитрида бора в данном случае следует отнести 11017 1 2008.08.30 также относительно высокие давления, требующие применения такого сложного аппарата высокого давления как белт, а также достаточно большие времена синтеза - 10 мин. В качестве ближайшего аналога выбрана шихта, представляющая собой смесь фторида лития - 5-25 мас. , азида натрия - 5-25 мас. , поливинилового спирта - 0,1-2,5 мас. ,гексагонального нитрида бора - остальное патент РБ 6344, 2004. К недостаткам указанной шихты следует отнести то, что выход порошков кубического нитрида бора составляет не более 42 мас. , причем время синтеза составляет 60 секунд, а размеры порошков колеблются в пределах от 1 до 60 мкм. Для получения высококачественных сверхтвердых материалов необходимы порошки с размерами основной фракции в пределах 5-10 мкм. Задачей настоящего изобретения является разработка состава шихты для повышения выхода порошков кубического нитрида бора с размерами частиц менее 10 мкм. Задача решена путем изменения состава шихты, заключающегося в том, что к составу,содержащему мелкодисперсные порошки фторида лития - 5-25 мас. , азида натрия - 525 мас.и 0,1-2,5 мас.поливинилового спирта, добавляется 1-10 мас.нитрида кремния, графитоподобный нитрид бора - остальное, благодаря чему степень превращения графитоподобного нитрида бора в кубический повышается с 40 вплоть до 90 . Увеличение выхода порошков кубического нитрида бора и уменьшение их размеров до 5-10 мкм достигается за счет введения в шихту, содержащую фторид лития, азид натрия и графитоподобный нитрид бора, порошка нитрида кремния. Шихту перемешивают в течение 3 ч, затем прессуют таблетки диаметром 10 мм и высотой 11 мм. Таблетки помещают в контейнер из литографского камня с графитовым нагревателем, а с торцов размещают нагревательные элементы, спрессованные из смеси графита и карбоната кальция. Контейнер устанавливают в центральном углублении твердосплавных матриц аппарата высокого давления и подвергают воздействию давлений в диапазоне 4-5 ГПа и температур 1200-1400 С в течение 10-30 с. Затем нагрев прекращают и давление снижают до атмосферного. Раскрывают контейнер, достают реакционный спек, состоящий из смеси кубического нитрида бора, непрореагировавшего гексагонального нитрида бора и фторида лития, а также силиконитридов лития 23 и 84. Количество фторида лития не превышает 1,5 , а силиконитридов, в общей сложности, - также не более 1,5 . Количество кубического нитрида бора в спеке в зависимости от режима колеблется от 60 до 90 . Установлено, что содержание нитрида кремния менее 1 мас.не приводит к существенному увеличению выхода кубического нитрида бора, а при содержании более 10 мас.достаточно часто происходит разгерметизация контейнера, в результате чего реакционная шихта выстреливается из контейнера в окружающую атмосферу. Предлагаемый способ получения порошков кубического нитрида бора иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Готовится шихта для получения порошка кубического нитрида бора путем смешивания в течение 3 ч в шаровой мельнице компонентов, взятых в следующих соотношениях 10 мас.фторида лития, 10 мас.азида натрия, 0,3 мас.поливинилового спирта,5 мас.нитрида кремния и 74,7 мас.гексагонального нитрида бора. Затем из шихты производится прессование брикета диаметром 10 мм и высотой 11 мм под давлением 2104 кгс/см 2. Брикет помещают внутрь трубчатого графитового нагревателя, предварительно размещенного в теплоэлектроизоляционном контейнере, с торцов которого устанавливают токопроводящие шайбы. Снаряженный таким образом контейнер помещают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, в которой брикет сжимают под давлением 4,0 ГПа, затем производят нагрев до 1200 С и осуществляют выдержку в течение 20 с. После выдержки отключают нагрев и снижают давление до атмосферного. Брикет извлекают из контейнера и производят очистку порошка кубического нитрида бора от побочных продуктов реакции синтеза любым из известных способов. Выход порошка 2 11017 1 2008.08.30 кубического нитрида бора в данном эксперименте составил 70 мас.от количества исходного гексагонального нитрида бора, размер частиц основной фракции находится в диапазоне от 5 до 10 мкм. Пример 2. Готовится шихта для получения порошка кубического нитрида бора путем смешивания в течение 3 ч в шаровой мельнице компонентов, взятых в следующих соотношениях 20 мас.фторида лития, 10 мас.азида натрия, 0,1 мас.поливинилового спирта, 7 мас.нитрида кремния и 62,9 мас.гексагонального нитрида бора. Операции прессования и заправки в контейнеры производятся так же, как и в п. 1. Параметры синтеза давление 4,5 ГПа, температура синтеза 1200 С, время синтеза 10 с. После очистки определили выход порошка кубического нитрида бора, который составил 85 мас.от количества исходного гексагонального нитрида бора. Размер частиц кубического нитрида бора основной фракции находится в пределах от 5 до 10 мкм. Пример 3. Готовится шихта для получения порошка кубического нитрида бора путем смешивания в течение 3 ч в шаровой мельнице компонентов, взятых в следующих соотношениях 25 мас.фторида лития, 25 мас.азида натрия, 0,5 мас.поливинилового спирта,5 мас.нитрида кремния и 44,5 мас.гексагонального нитрида бора. Операции прессования и заправки в контейнеры производятся так же, как и в п. 1. Параметры синтеза давление 4,5 ГПа, температура синтеза 1200 С, время синтеза 15 с. После очистки определили выход порошка кубического нитрида бора, который составил 90 мас.от количества исходного гексагонального нитрида бора. Размер частиц кубического нитрида бора основной фракции находится в пределах от 5 до 10 мкм. Для сопоставления выходных данных по заявляемому изобретению и прототипу были изготовлены образцы по способу-прототипу. Данные сравнительных испытаний сведены в таблицу. Режимы синтеза Содер- СодерВыход жание жание порошка Дав- ТемпеВре 3,34, ление, ратура,КНБ,мя, с м.мас.мас.ГПа С Известная шихта 10 5,0 1300 60 42 25 5,0 1200 60 37 Заявляемая шихта 3 0,5 5,0 1300 30 40 5 3 5,0 1300 20 60 10 1 5,0 1350 20 55 12 4 4,0 1250 20 65 10 5 4,0 1200 20 70 15 10 4,0 1200 20 87 10 7 4,5 1200 10 85 25 5 5,0 1200 15 90 разгермети 26 12 5,0 1200 зация разгермети 28 3 5,0 1200 зация Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3