Сверхтвердые материалы

К сверхтвердым материалам (СТМ) относятся четыре вещества [1, 2, 3, 11]: кубический алмаз, гексагональный алмаз или лонсдейлит, кубическая и вюрцитоподобная модификации нитрида бора.

Алмаз. Поликристаллические материалы на основе алмаза по физико-механическим свойствам существенно отличаются от монокристаллов. Для них характерна изотропия свойств, высокая износостойкость, поликристаллы значительно превосходят монокристаллы по трещиностойкости (ударной вязкости).

Поликристаллические СТМ (ПСТМ) на основе алмаза делятся на 4 групп:

1 – СТМ, получаемые при высоких давлениях и температурах путем превращения графита в алмаз в присутствии специально вводимых металлов или сплавов-катализаторов. К этой группе относятся поликристаллы типа «баллас» (АСБ) и «карбонадо» (АСПК). Синтетические балласы и карбонадо имеют природные поликристаллические аналоги;

2- ПСТМ, получаемые путем спекания алмазных порошков в условиях высоких статических давлений и температур. При реализации этого метода получают поликристаллы с повышенной термостойкостью. Однако этот метод требует для своей реализации значительно более высоких давлений;

3 – ПСТМ, получаемые при высоких статических давлениях и температурах на подложке или в обойме из твердого сплава или стали;

4 – ПСТМ, получаемые методом спекания алмазных порошков при более низких давлениях (до 1,9 ГПа) в присутствии связующего материала.

Поликристаллы представляют собой композиционный материал, состоящий из зерен алмазной фазы, металлокерамической связки и остаточного непрореагированного графита. Состав связки определяется сплавом-катали-затором. Поскольку поликристаллический алмаз представляет собой композиционный материал, то его механические свойства зависят от свойств алмазного наполнителя, прочностных свойств металлокерамической связки и процессов взаимодействия на границе алмаз-связка.

Синтез карбонадо проводят в камерах высокого давления типа «тороид» при давлении 8 ГПа из графита МГОСЧ. Температура синтеза составляет 1800…2000 ⁰С, масса получаемых поликристаллов – 0,8…1,0 карат. В качестве катализаторов используют сплавы на основе никеля. Полученные поликристаллы дробят, рассеивают на фракции, проводят классификацию на вибростоле, химическую обработку и испытание на прочность по ГОСТ 9206-80.

Инструменты из карбонадо применяются в станкостроении, автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении, авиастроении, для лезвийной обработки цветных металлов, титановых сплавов, выглаживания сырых и закаленных сталей. Из балласа и карбонадо изготавливают абразивный инструмент и абразивную пасту, волоки, резцы, выглаживатели.

Спеканием смеси микропорошков синтетических и природных алмазов получают плотные поликристаллические образования алмаза в виде цилиндриков диаметром 3…4,5 мм и высотой 4 мм с мелкозернистой структурой – СВ и дисмит. Их временное сопротивление при одноосном растяжении достигает 5000 МПа. Алмазы марки СВ предназначены для буровых коронок и долот, а также пил, применяемых при резке неметаллических материалов. Дисмит применяют для изготовления горнобурового инструмента, а также режущего инструмента (резцов, сверл и др.), используемого при обработке цветных металлов и сплавов, пластмасс, стеклопластиков.