Способ изготовления алмазного инструмента

(Щ в 221 3/02 ГОСУДАРСГВЕННЬТЙ ПАТЕНТНЬТЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛТ/ТКИ БЕЛАРУСЬ(54) спосов изготовлвния АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА(71) Заявитель Институт физики твердого тела и полупроводников НАНБ (ИФТТиП НАНБ), Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством (НИИ ПМсОП) (ВУ)(73) Патентообладатель Институт физики твердого тела и полупроводников НАНБ(ИФТТиП НАНБ), Научно-исследовательский институт порошковой метал лургии с опытным производством (НИИ ПМсОП) (ВУ)1. Способ изготовления алмазного инструмента, включающий смешивание ультрадисперсных порошков алмаза со связующим и формирование из них заготовки, размещение заготовки в контейнере высокого давления и обработку высоким давлением, отличающийся тем, что обработку осуществляют при давлениях 2-12 ГПа, а в качестве связующего используют высокодисперсный графит и/или графитоподобный нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас.алмаз 60-80 графит и/или графитоподобный нитрид бора остальное.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку заготовки осуществляют ступенчато с интервалом 2-4 ГПа, с выдержкой на каждой ступени в течение 10-30 с.3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что обработке высоким давлением подвергают заготовку с отверстием, заполненным хлористым натрием.Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получениюалмазного инструмента для суперфинишной обработки хрупких неметаллических поверхностей,например стекол.Известен способ изготовления алмазного абразивного инструмента для обработки оптических деталей 1 путем смешивания синтетических или природных алмазных порошков с размером зерен от единицы до сотен микрон с металлическими или органическими связующими.Однако получаемый известным способом инструмент не обеспечивает высокое качество обрабатькваемой поверхности, т.е. шероховатость, соизмеримую с межатомными расстояниями.В качестве прототипа выбран способ изготовления алмазного инструмента 2, включающий смешивание ультрадисперсных порошков алмаза с размером зерна 10-800 д (40-60 мас. ) со связующим на основе тугоплавких соединений переходных металлов Ш-Ш групп или их эвтектических составов с металлами цинк, хром, молибден, железо (40-60 мас. ) И формированиеиз них заготовки, размещение заготовки в контейнере высокого давления и ее спекание под высоким давлением.Однако получаемый указанным способом алмазный инструмент также не обеспечивает высокое качество обрабатываемых неметаллических поверхностей из-за царапин, оставляемых связкой. ВТехнической задачей изобретения является повышение качества обрабатываемой поверхности за счет повышения эксплуатационных характеристик алмазного инструмента.Указанная задача решается тем, что в известном способе изготовления алмазного инструмента, включающем смешивание ультрадисперсных порошков алмаза со связующим и формирование из них заготовки, размещение заготовки в контейнере высокого давления и ее обработку высоким давлением, обработку осуществляют при давлениях 2-12 ГПа а в качестве связующего используют высокодисперсный графит и/или графитоподобный нитрид бора при следующем соотношении ингредиентов (мас. )- алмаз 60-80, графит/или графитоподобный нитрид бора - остальное. При этом обработку заготовки осуществляют ступенчато с интервалом 2-4 Г Па с выдержкой на каждой ступени в течение 10-30 с, а отношение диаметра заготовки к ее высоте составляет 2-3. Кроме того, обработке высоким давлением подвергают заготовки с отверстием, заполненным хлористым натрием.Сущность изобретения заключается в следующем.Экспериментально было установлено, что использование алмазного инструмента на основе УДА-порошков и металлического связующего при обработке неметаллических (стеклянных) поверхностей приводит к появлению царапин, оставляемых металлической связкой. Причем с увеличением скорости обработки увеличивается количество таких царапин и повышается взаимодействие (схватывание) обрабатываемой поверхности с металлическим связующим инструмента, вследствие повышения трения и температуры между контактирующими поверхностями. Все это увеличивает процент бракованных изделий, снижает их качество и не позволяет существенно увеличить производительность труда.Использование в алмазном инструменте связующего из термостойкого и химически инертного графита и/или графитоподобного нитрида бора, обладающих минимальными коэффициентами трения среди известных твердых материалов, приводит к устранению царапин на обрабатываемых поверхностях изделий и схватыванию взаимодействующих поверхностей. Это позволяет повысить чистоту обработки оптических деталей и производительность труда, а также снизить процент брака.Использование высоких давлений 2-12 ГПа обеспечивает получение достаточно прочных заготовок, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к алмазному инструменту. При давлениях ниже 2 ГПа прочность заготовок снижается, а использование давлений выше 12 ГПа снижает линейные размеры заготовок и увеличивает их себестоимость.Было установлено, что наибольшей прочностью обладают загоговтси, содержащие 60-80 мас. алмазов. Вне указанных пределов снижаются либо режущие свойства, либо прочность.Также установлено, что проведение обработки заготовок ступенчато с интервалом 2-4 ГПа и выдержкой на каждой ступени в течение 10-30 с обеспечивает высокую прочность заготовки по сравнению с заготовкой, полученной при непрерывном обжатии. Вне заявленных интервалов обработки и выдержки либо снижается производительность процесса изготовления заготовки, либо ее прочность изменяется несущественно.Заготовки, имеющие отношение диаметра к высоте равные 2-3, обладают повышенной прочностью вследствие лучшей их прессуемости. Вне указанных пределов эффект повышения прочности Небольшой.При обработке высоким давлением заготовок с отверстием, заполненным хлористым натрием,достигается наибольшая прочность и плотность заготовок, и алмазный инструмент работает более эффективно.Изобретение иллюстрируется следующими примерами.Берут 70 мас. ультрадисперсного порошка алмаза (УДА) и 30 мас. высокодисперсного графита ГС-2. Помещают их в смеситель и тщательно перемешивают в течение двух часов. Из перемешанной шихты формуют заготовки диаметром 6 мм и высотой 3 мм путем прессования шихты в прессформе под давлением 5 т/см 2. Для улучшения прессования в шихту могут быть добавлены декстрин, поливиниловый спирт, бакелит (до 10 мас. ). Спрессованные заготовки затем помещают во внутреннее отверстие контейнера высокого давления из литографского камня, размещенного в камере высокого давления и сдавливают до давления 7 ГПа со скоростью 1 ГПа/с. После выдержки под давлением в течение 60-120 с давление снижается до атмомы затмили Ьмц ю Ацон Баш Ништон вы гщзд бы 75 от 75 от 73 от 75 от 2 Щ от бы 2 бы 8 ЧОН от бы Э бы отсферного и извлекается плотная заготовка, непосредственно являющаяся полировальным алмазным инструментом для суперфинишной обработки неметаллических, например стеклянных, поверхностей.Полировка стеклянных поверхностей полученным инструментом позволила достичь шероховатости поверхности Ка не ниже 100 д при отсутствии либо минимальном количестве царапин, Ниже в таблице приведены другие примеры практического осуществления заявляемого способа. В таблице указаны состав исходной смеси, вид обработки заготовок, форма и линейные размеры заготовок, а также скорости обработки стеклянной поверхности и процент брака.Как видно из приведенных данных таблицы, использование заявляемого способа изготовления алмазного инструмента (примеры 4-6, 9-11, 13-14) существенно снижает брак при обработке стеклянной поверхности и повышает скорость обработки поверхности по сравнению с известным способом (пример 2). При запредельных соотношениях ингредиентов исходной шихты (примеры 3, 7), либо величины давлений (примеры 8, 12) увеличиваетсяпроцент брака. Использование ступенчатой обработки заготовок либо заготовок с отверстием, заполненным хлористым натрием (примеры 13, 14) приводит к наименьшему количеству брака и повышению скорости обработки.Основными преимуществами заявленного способа изготовления алмазного инструмента но сравнению с известным являются следующие1. За счет использования в качестве связующего графита и/или графигоподобного нитрида бора и метода обработки заготовок высоким давлением существенно снижается брак при полировке стеклянных поверхностей с 35 до 2-3 и повышается скорость обработки поверхности с 1,0 до 3,0 мкм/мин.2, За счет ступенчатого режима обработку заготовки высоким давлением, оптимального отношения диаметра заготовки к ее высоте и обработки давлением заготовки с отверстием, заполненным хлористым натрием дополнительно снижается брак до 1 и увеличивается скорость обработки до 5,0 мкм/мин.2. Патент России 2050319, МПК С О 1 ВА 31/06, публ. 20.12.95. Бюлл. М 35. Шихта для изготовления поликристаллического материала (прототип).Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.