Способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Ракицкая Людмила Иосифовна Аниченко Николай Георгиевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора, при котором берут гексагональный нитрид бора, вводят в него наполнитель и подвергают термобарической обработке, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют порошки алюминия в количестве 1-10 мас.и бора в количестве 0,5-5,0 мас. , а термобарическую обработку осуществляют при давлении 5-9 ГПа и температуре 1700-2800 С. Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, используемых в инструментальной промышленности для оснащения лезвийного инструмента. Известен способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора, основанный на воздействии высокого давления и температуры в области стабильности кубического нитрида бора на гексагональный нитрид бора 1. Недостаток этого способа заключается в том, что полученный сверхтвердый материал на основе кубического нитрида бора обладает невысокими механическими свойствами(твердость, прочность, износостойкость). Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора, заключающийся в том, что берут гексагональный нитрид бора и вводят в него веществонаполнитель из класса тугоплавких металлов (титан, тантал, молибден и др.) 2. Недостаток этого способа - невысокие механические свойства получаемого сверхтвердого материала, а также высокая стоимость тугоплавких металлов. Задачей настоящего изобретения является улучшение механических свойств сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора и удешевление стоимости получаемого продукта. 12176 1 2009.08.30 Поставленная задача достигается тем, что в гексагональный нитрид бора, служащий исходным продуктом для получения кубического нитрида бора, вводят порошкообразные алюминий в количестве от 1 до 10 мас.и бор в количестве от 0,5 до 5 мас. . Сущность настоящего изобретения заключается в том, что берут гексагональный нитрид бора, вводят в него наполнитель и подвергают термобарической обработке, в качестве наполнителя используют порошки алюминия в количестве 1-10 мас.и бора в количестве 0,5-5,0 мас. , а термобарическую обработку осуществляют при давлении 5,0-9,0 ГПа и температуре 1700-2800 С. После весового составления шихты она тщательно перемешивается в вибромельнице, шаровой мельнице либо в других специальных установках до равномерного распределения компонентов по объему. Из подготовленной таким образом шихты спрессовывают заготовку под давлением от 100 до 10000 кг/см 2. Спрессованную заготовку помещают в реакционный объем контейнера из литографского камня, который в свою очередь помещают в камеру высокого давления и подвергают термобарической обработке. Режимы синтеза давление от 5,0 ГПа и до 9,0 ГПа, температура от 1700 С и до 2800 С. Время синтеза колеблется от 20 секунд до 2-3 мин. При воздействии на шихту высокого давления и температуры происходит превращение гексагонального нитрида бора в кубический с одновременным растворением в нем находящегося в шихте алюминия. В случае полного растворения находящегося в шихте алюминия в кубическом нитриде бора, сверхтвердый материал имеет однофазный состав и представляет собой твердый раствор алюминия в кубическом нитриде бора. Атомы алюминия, замещая атомы бора в решетке кубического нитрида бора, искажают его сфалеритоподобную решетку, что ведет к увеличению твердости сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора, а вводимый бор способствует полному фазовому превращению гексагонального нитрида бора в кубический. При более высоких концентрациях алюминия в шихте (свыше 6 вес. ) возможно неполное растворение его в кубическом нитриде бора и сверхтвердый материал будет иметь многофазный состав. Возможно образование нитрида алюминия. Следовательно, в последнем случае поликристаллический блок будет состоять из механической смеси взаимных растворов кубического нитрида бора и нитрида алюминия. Вводимый в шихту бор играет роль активатора фазового превращения гексагонального нитрида бора в кубический нитрид бора. Пример 1. Приготавливали смесь, состоящую из 99,4 мас.гексагонального нитрида бора ТУ 00121-68, 0,5 мас.алюминия и 0,1 мас.бора. Смесь тщательно перемешивали в вибромельнице, спрессовывали из нее заготовку и помещали в камеру высокого давления. После воздействия на заготовку давления 7,5 ГПа и температуры 2350 С в течение 1 мин был получен монолитный поликристаллический блок. При резании блоком, заправленным в резец, стали ШХ-15 твердостью 62-64 со скоростью 80 м/мин, глубиной резания 0,2 мм и подачей 0,07 мм/оборот износ по задней грани составил 0,12 мм за 5 мин работы резца. Пример 2. Приготавливали смесь, состоящую из 98,5 мас.гексагонального нитрида бора и 1,0 мас.алюминия и 0,5 мас.бора. Давление при синтезе 7,0 ГПа, температура 2200 С, время синтеза - 1 мин. При резании полученным блоком, заправленным в резец, стали ШХ-15 твердостью 62-64 при таких же режимах обработки, как и в примере 1, износ по задней грани составил 0,085 мм за 5 мин работы резца. Пример 3. Приготавливали смесь, состоящую из 89,0 мас.гексагонального нитрида бора, 6,0 мас.алюминия и 5,0 мас.бора. Давление при синтезе 7,0 ГПа, температура - 2200 С, время синтеза - 1 мин. При резании полученным блоком, заправленным в резец, стали ШХ-15 твердостью 62-64 при таких же режимах обработки, как и в примере 1, износ по задней грани составил 0,075 мм за 5 мин работы резца. 2 12176 1 2009.08.30 Пример 4. Приготавливали смесь, состоящую из 78,0 мас.гексагонального нитрида бора,15,0 мас.алюминия и 7,0 мас.бора. Давление при синтезе 7,0 ГПа, температура 2200 С, время синтеза - 1 мин. При резании полученным блоком, заправленным в резец, стали ШХ-15 твердостью 62-64 при таких же режимах обработки, как и в примере 1, износ по задней грани составил 0,3 мм за 5 мин работы резца. Предлагаемый способ получения сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора позволяет без существенных изменений в обычном технологическом процессе получать блоки сверхтвердого материала с более лучшими механическими свойствами,чем у кубического нитрида бора. За счет растворения алюминия в кубическом нитриде бора происходит увеличение твердости, прочности, износостойкости, что ведет к улучшению режущих свойств блоков. Наличие алюминия в шихте при его высокой теплопроводности способствует при синтезе уменьшению градиента температуры по объему заготовки, находящейся в камере высокого давления, что стабилизирует температурный режим, улучшает качество и увеличивает выход годного продукта. При проведении синтеза по предлагаемому способу стоимость исходной шихты ниже, чем в известном способе, так как порошки алюминия и бора значительно дешевле гексагонального нитрида бора и соответственно снижается стоимость конечного продукта. Конечный продукт, сверхтвердый материал, высокие эксплуатационные характеристики и является более прогрессивным по сравнению с известным. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3