Сверхтвердые синтетические материалы

Развитие физики высоких давлений способствовало созданию широкой номенклатуры различных синтетических сверхтвердых материалов на основе алмаза и кубического нитрида бора (эльбора).

Синтетические алмазы и эльбор производятся в виде:

- порошкообразных материалов, применяемых для изготовления различных абразивных инструментов;

- поликристаллических материалов, предназначенных для оснащения лезвийного инструмента (поликристаллические материалы изготавливаются в виде цилиндров и пластин небольшой высоты).

Сверхтвердые поликристаллические материалы в свою очередь условно делят на группы:

- поликристаллы на основе алмаза;

- поликристаллы на основе нитрида бора;

- композиционные (двухслойные) материалы.

Инструменты, оснащенные поликристаллическими алмазами, обладают высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью ( 140 Вт/(м∙К)), малыми коэффициентами трения и линейного расширения, слабой адгезией к металлам и сплавам, за исключением железа и сталей. Недостатком синтетических алмазов (АС) является интенсивное растворение в железе и его сплавах при температуре 700-800^°С.

Поликристаллические алмазы АСПК, АСБ-Р, АСБ-Б, АСПВ применяются на операциях точения и растачивания при обработке медных, алюминиевых, титановых сплавов и стеклопластиков.

Физико-механические свойства различных марок поликристаллов на основе алмазов лежат в пределах: микротвердость – 70-100 ГПа, предел прочности на сжатие – от 200-400 (баллас) до 4400-5000 МПа (карбонит); предел прочности на изгиб – от 500 до 2000 МПа; теплостойкость 700-800°С.

Поликристаллические материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ) широко применяются при изготовлении лезвийных инструментов, используемых на операциях точения, торцового фрезерования и зенкерования при обработке закаленных сталей и высокопрочных чугунов. Уступая алмазу по твердости, эльбор отличается высокой теплостойкостью, химической инертностью к углероду, входящему в состав многих обрабатываемых материалов. Промышленностью выпускается несколько марок сверхтвердых материалов на основе эльбора: эльбор-Р (композит 01), белбор (композит 02), композит 03, композит 05, композит 09, гексанит-Р (композит 10) и др. Физико-механические свойства этих материалов изменяются в следующих пределах: микротвердость – 20-40 ГПа, предел прочности на сжатие – 2000-4000 МПа; предел прочности на изгиб – 250-1200 МПа; теплостойкость – 800-1500°С.

Особенностью композиционных материалов на основе алмаза и эльбора является то, что спекание порошков сверхтвердых материалов производится при высоких температурах и давлениях на твердосплавной подложке, в результате чего образуется слой поликристаллов толщиной 0,5-2 мм, прочно связанный с материалом подложки.

Двухслойные сверхтвердые материалы имеют следующие преимущества по сравнению с однородными по объему материалами:

- упрощается технология крепления режущих элементов в корпусе инструмента;

- наличие подложки существенно увеличивает ударную вязкость слоя из сверхтвердых материалов.

Наиболее известными композитами на основе алмаза являются ДАП, ДИАМЕТ, АМК-25, АМК-27, АТП, а на основе эльбора – 05Д-2С, 10Д, БПК.