Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

кристаллического алмаза, т. е. металлическая связка оказывает существенное влияние на прочность композита в целом. Нужно отметить, что полностью вытравить металлическую составляющую при увеличении времени травления невозможно. Это значит, что включения сплава-катализатора находятся не только в межкристаллитном пространстве, но и внутри алмазных кристаллитов, т. е. в алмазном композите присутствуют как межкристаллитные, так и внутрикристаллитные включения сплава—катализатора.
...
На втором этапе были изготовлены и использованы различные сплавы—катализаторы, остальные условия получения поликристаллов были прежними. Исследования проводили на фракции АРК4 400/315. Несмотря на то, что наиболее часто применяемым для синтеза является сплав хрома с никелем с содержанием хрома 20 % (масс.) (Х20Н80), обоснования для выбора данного состава в литературе не представлено. Поэтому были приготовлены сплавы—катализаторы с различным содержанием хрома и углерода. Затем базовый сплав Х20Н80 легировали молибденом, титаном и танталом с целью установления зависимости по влиянию различных свойств сплава-катализатора на процесс синтеза и свойства поликристаллического алмаза.
...
Для синтеза «карбонадо» изготавливали стержни из сплава—катализатора диаметром 1,6...2,2 мм и высотой 2,5...4,0 мм методами порошковой металлургии по оригинальной технологии, разработанной на кафедре «Высокотемпературных материалов». Требуемые количества порошков никеля (ПНК-ОТ4), хрома (Х0) и углерода (МГОСЧ 40...50 мкм) смешивали в смесителе типа «пьяная бочка» и методом мундштучного формования готовили образцы для спекания (d=
...
щего материала использовали парафин в количестве 11...15%, который в виде стружки добавляли к тщательно перемешанной исходной смеси порошков. Затем, после перемешивания при температуре 90...100°С и подпрессовки при давлении до 100 МПа, полученную массу продавливали через мундштук (степень обжатия 86 %). Пластификатор из образ
...
ма рассчитывали по изменению линейных размеров спеченных образцов в предположении их идеальной цилиндричности. После спекания определяли содержание углерода в образцах системы Ni—Сг, не содержащих зашихтованный графит МГОСЧ, газообразным методом. Установлено, что остаточное содержание углерода составило 0,5...1,0% (масс).
...
Для установления закономерностей спекания исследовали системы Ni—Сг и Ni—Сг—С: изучение изменения фазового состава при спекании проводили рентгенофазовым анализом на установке УРС-2,0 в камере РГД-57, а также на дифрактометре ДРОН-3, используя отфильтрованное от р-линии Си Ка
...
Система никель—хром. Для этой системы характерно монотонное уменьшение усадки (AV/V)
...
соотношениях компонентов. Следовательно, можно предположить, что резкое ухудшение спекаемости образцов, полученных мундштучным формованием, с
...
увеличением в них содержания хрома связано с изменением фазового состава, так как уже при содержании Сг>10%
...
Таким образом, различная спекаемость образцов порошковых смесей системы Ni—Сг при наличии и отсутствии углерода (см. рис. 6.2) обусловлена, по-видимому, образованием карбидных слоев (кривая 7), которые препятствуют протеканию твердофазных диффузионных процессов.
...
Система никель—хром—углерод. В порошковую смесь (80 % Ni — 20 % Сг) -(0,5... 1,0) Сост (где Сост - аморфный углерод, продукт пиролиза парафина) вводили сравнительно крупнозернистый (~ 50 мкм) порошок графита МГОСЧ в количестве до 10 %. На рис. 6.3 представлена зависимость изменения объема образца (А
...
Рентгенофазовый анализ спеков, содержащих 1 % С и 7 % С, показал соответственно наличие у-фазы, Сг7С3, Сг3С2 и у-фазы, Сг7С3, Сг3С2, графита. Некоторое отличие фазового состава спеченных образцов от представленного на диаграмме состояния связано, вероятно, с исполь-
...
зованием крупнозернистого порошка графита в исходной порошковой смеси и, как следствие, с замедлением перехода системы в равновесное состояние.
...
Система никель—хром—титан. Введение титана до 2 % (масс.) в порошковую смесь 80 % Ni — 20 % Сг приводит к быстрому ухудшению спекаемости образцов. При дальнейшем увеличении содержания Ti в порошковой смеси изменение объема образцов при спекании изменяется слабо. На образование карбида титана, количество которого зависит от содержания остаточного углерода в образцах, самого титана расходуется не более 2...4 % (масс). При дальнейшем увеличении содержания титана в исходной порошковой смеси, в спеченных образцах повышается содержание фаз Ni3Ti и незначительно TiC (предположительно за счет реакции: Cr7C3 + Ti -> TiC + (Cr)Ni), которые слабо влияют на спекаемость.
...
видны две точки перегиба. Первый перегиб (3 % Мо) связан с появлением карбида Мо2С, увеличение содержания которого приводит к ухудшению спекаемости образцов. При содержании Мо > 20 % образуется интерметаллид №3Мо, чем, по-видимому, обусловлен второй перегиб.
...
Система никель—хром—тантал. На графике зависимости относительного изменения объема спеченных образцов от содержания Та в исходной порошковой смеси (см. рис. 6.4) имеется одна точка перегиба ( ~ 5 % Та). Ее появление, вероятно, связано с образованием карбида тантала - ТаС. Увеличение содержания ТаС в образцах ведет к заметному ухудшению спекаемости.
...
Изготовленные сплавы—катализаторы применяли для синтеза поликристаллов «карбонадо». После синтеза поликристаллы дробили и выделяли фракции 630/500 и 400/315 для проведения прочностных испытаний по ГОСТ 9206-80. Прочность алмазов АРК4 630/500 и 400/315, синтезированных с применением катализаторов системы никель-хром, представлены на рис. 6.5, а синтезированных с применением катализаторов системы (20 % Сг - 80 % Ni) - С - на рис. 6.6.
...
Повышение содержания хрома в катализаторе на основе никеля (см. рис. 6.5) приводит к понижению прочности поликристалла, наиболее резкое при > 10 и >30 % Сг. В соответствии с диаграммой состояния системы Ni—Сг—С, первой области (>10 % Сг) соответствует появление карбидов хрома, второй (>30% Сг) — появление а-фазы (раствора никеля в хроме).
...
Зависимость прочности поликристаллического алмаза при введении углерода в сплав—катализатор 20 % Сг — 80 % Ni, представленная на рис. 6.6, является более сложной. Введение до 3,5 % С в сплав приводит к повышению прочности поликристалла, при дальнейшем повышении содержания углерода в катализаторе прочность поликристаллов уменьшается.
...
Температура образования поликристаллического алмаза зависит от температуры плавления сплава—катализатора. Введение до 3,5 % С в сплав 20 % Сг - 80 % Ni приводит к снижению температуры плавления сплава—катализатора; при этом уменьшается и температура синтеза поликристаллического алмаза «карбонадо», что приводит к увеличению вязкости расплава катализатора, это затрудняет переход его в зону реакции образования алмаза. Поликристаллы образуются меньшего размера, что и определяет некоторое повышение их прочностных свойств, поскольку в процессе образования алмаза происходит снижение давления в камере высокого давления. В то же время повышение содержания углерода
...
в сплаве Х20Н80 приводит к снижению адгезионных характеристик расплава к алмазу. Этими двумя факторами и определяется экстремальный характер зависимости прочности «карбонадо» от содержания углерода в исходном катализаторе Х20Н80.
...
Для оценки влияния состава катализатора на термостойкость АРК4 проводили изучение стойкости к окислению алмазов, синтезированных с применением различных катализаторов. Стойкость к окислению оценивали по потере массы АРК4 250/200 при нагреве до 1270 К на дери-ватографе Паулик—Паулик—Эрдей со скоростью 5 К/мин.
...
Стойкость к окислению возрастает с повышением до 20 % содержания хрома в катализаторе на основе никеля, Ат/т
...
Рис. 6.5. Влияние содержания Сг в катализаторе на основе Ni на прочность порошков поликристаллического алмаза АРК4: 1 ~ 630/500; 2 - 400/315
...
Рис. 6.6. Влияние содержания С в катализаторе Х20Н80 на прочность порошков поликристаллического алмаза АРК4: а ~ 630/500; б - 400/315
...
Прочность алмазов, изготовленных с применением сплавов-катализаторов системы Х20Н80 — Ti (Та, Мо), представлена на рис. 6.8; Ni - Мо -на рис. 6.9.
...
Прежде чем приступить к обсуждению результатов влияния титана, тантала и молибдена на прочность поликристаллов, рассмотрим имеющиеся в литературе данные по влиянию указанных элементов на механические свойства никельхромовых сплавов.
...
Свойствам никельхромовых сплавов уделяется большое внимание. Это объясняется тем, что данные сплавы применяются в качестве жаростойких и жаропрочных материалов. Одной из задач по улучшению их свойств является повышение прочности никелевой матрицы. Анализ возможных механизмов упрочнения матрицы при образовании твердого раствора позволил авторам заключить, что при легировании матрицы с гранецентрированной кубической структурой (в частности никеля) наибольший эффект по упрочнению наблюдается при введении элементов, образующих растворы замещения. Образование растворов внедрения со-
...
Рис. 6.8. Влияние содержания Мо, Ti, Та в катализаторе на основе сплава Х20Н80 на прочность поликристаллического алмаза АРК4: а - 630/500; б - 400/315
...
провождается плавным упрочнением. Примером может служить раствор углерода в никеле. Н. Мотт и Ф. На-барро пришли к выводу, что упрочнение твердого раствора можно объяснить внутренними напряжениями, вызванными внедрением атомов растворенных элементов в упругую матрицу. Согласно их модели, предел текучести для разбавленного твердого раствора зависит от разницы между параметрами решетки чистой матрицы и растворенного элемента. Введение центров искажения решетки отражается на существующих между атомами силовых полях, при этом атомы растворителя и растворенного
...
В работах Л. Я. Козлова на основании большого экспериментального материала по влиянию легирующих элементов на период решетки и прочностные свойства никелевой матрицы была установлена зависимость между периодом решетки сложного раствора на основе никеля и его прочностью, причем эта зависимость носит линейный характер и хорошо аппроксимируется уравнением вида
...
Таким образом, упрочнение твердого раствора определяется, в основном, изменением геометрического параметра кристаллической решетки основы сплава и величина прочностных свойств достигает максимальных значений при максимально возможных значениях периода решетки. Изучение влияния Ti, Та и Мо в сплаве Х20Н80 на период решетки никелевой матрицы проводили в работе [4]. Из результатов по изменению периода решетки, представленных на рис. 6.10, следует, что максимальное упрочнение сплава Х20Н80 происходит при введении тантала до 2 % (ат.),
...
титана - 3...6 % (ат.) и молибдена - 6 % (ат). Указанные концентрации тантала, титана и молибдена соответствуют их предельной растворимости в сплаве Х20Н80.
...
основе никеля (у), присутствующего в поликристалле. Для расчета а у-раствора на основе никеля в качестве эталона использовали алмаз. Период решетки алмаза принимали равным 3,567 • Ю-10 м. Результаты исследования представлены на рис. 6.11. При сопоставлении данных о влиянии Ti, Та и Мо в сплаве Х20Н80 на период решетки а у-раствора на основе Ni и у-раствора на основе Ni, присутствующего в поликристалле, видно хорошее их соответствие. Следовательно, можно заключить, что введение Ti, Та и Мо в сплав Х20Н80 должно приводить к упрочнению металлической связки поликристаллов.
...
При сравнении данных, представленных на рис. 6.8 и 6.11, видно, что увеличение прочности поликристалла наблюдается при таком содержании легирующего металла, при котором наблюдается увеличение решетки у-раствора, а, следовательно, и прочности никелевой матрицы. Если содержание легирующего металла в сплаве—катализаторе выше количества, соответствующего его предельной растворимости в сплаве Х20Н80, то увеличения прочности поликристалла не наблюдается, а в случае, если легирующим металлом является титан, то наблюдается снижение его прочности. Введение Ti в количестве, превышающем его растворимость в у-растворе, приводит к образованию п-фазы (интерметал-лида Ni3Ti с гексагональной плотноупакованной решеткой), которая выделяется по границам зерен или кристаллизуется в пластинчатой форме. Выделение т)-фазы отрицательно влияет на механические свойства сплава. Следовательно, введение Ti более 6...7% (ат.) в сплав Х20Н80 приводит к выделению т|-фазы (растворимость титана в сплав Х20Н80 составляет 2 % (масс.) (2,4 % (ат.)) при 300 К и 6 % (масс.) (7,5 % (ат.)) при 1500 К), снижению механических свойств, и, как следствие, прочности поликристалла.
...
Сопоставление этих данных с данными прочностных испытаний (см. рис. 6.10) показывает, что значения прочности алмазных поликристаллов хорошо коррелируют со значениями периода решетки металлической фазы поликристаллов: с увеличением периода решетки а
...
Известно, что одним из самых эффективных методов повышения прочностных свойств никелевых сплавов является легирование их дисперсными частицами. Поэтому целью настоящей работы являлось выяснение возможности получения дисперсноупрочненной связки в поликристаллическом алмазе. Синтез «карбонадо» проводили в условиях, описанных ранее.
...
УДП порошки, полученные плазмохимическим методом, со следующими характеристиками: Ni, Мо (МИХМ) -средний размер частиц 100 нм, содержание кислорода 3 и 5 %, соответственно; нитрид титана (ИНХП, Черноголовка) — средний размер
...
Рис. 6.11. Влияние содержания Ti, Та и Мо в катализаторе на основе сплава Х20Н80 на период решетки твердого раствора на основе Ni, присутствующего в поликристаллическом алмазе
...
«пьяная бочка». Для более равномерного распределения компонентов смесь ультрадисперсных порошков обрабатывали ультразвуком высокой частоты (22 кГц) в гексане в течение одной минуты. Далее смеси прессовали при давлении 800 МПа в стержни определенных геометрических размеров.
...
Полученные прессовки использовали для синтеза поликристаллического алмаза «карбонадо». Однако образования поликристаллов не происходило из-за наличия большого количества газовых примесей в катализаторе, главным образом кислорода, паров воды, водорода, азота, углекислого и угарного газов.
...
Отжиг прессовок в водороде при температуре 1070 К в течение одного часа приводит к значительному удалению газовых примесей и спеканию ультрадисперсных порошков с увеличением прочности образцов. Реакционная способность прессовок к образованию поликристаллического алмаза полностью восстанавливается и сравнима с реакционной способностью компактного катализатора.
...
Большей равномерности распределения упрочняющих дисперсных частиц и уменьшения их размера можно достичь, используя для получения дисперсноупрочненных катализаторов метод внутреннего азотирования. Для этого использовали спеченные образцы состава (Ni— 15Mo)-Ti, полученные мундштучным прессованием. Азотирование осуществляли в газостате, в атмосфере азота, при давлении 150 МПа и температуре 1250 К в течение одного часа. В процессе азотирования титан, первоначально находившийся в твердом растворе на основе никеля, взаимодействует с азотом, образуя дисперсные частицы TiN. Молибден при этом, из-за невысокой термодинамической устойчивости нитрида молибдена, остается в у-твердом растворе, сохраняя упрочненный легированный твердый раствор на основе никеля.
...
Пористая структура спеченных образцов (пористость ~ 15 %) позволяет легко распространяться азоту в процессе азотирования по всему их объему, в результате чего образуются равномерно распределенные в матрице у-твердого раствора дисперсные выделения TiN. Для определения периода решетки TiN использовали дифрактографическое отражение от плоскости (220). При этом полученное значение периода решетки ((4,243 ±0,003) * Ю-10 м) соответствует стехиометрическому составу TiN. Средний размер частиц дисперсного TiN, определенный рентгеновским методом по уширению дифракционной линии (220), составил З0...40нм. Метод определения дисперсности частиц в таких дисперсноупрочненных материалах известен в литературе.
...
Метод градуировочной кривой. В качестве эталонов служили смеси порошков никеля и ультрадисперсного TiN, близкого к стехиометричес-кому составу, с периодом решетки (4,240 ± 0,003) • Ю-10 м и средним размером частиц около 70 нм. Отношение интенсивностей дифракционных линий (220) TiN и никеля анализируемых образцов определяли не менее трех раз для каждого состава.
...
Содержание азота в азотированных образцах определяли методом восстановительного плавления с помощью установки фирмы «LECO» ТС-136. Точность определения содержания азота составляет 2 %. Количество TiN рассчитывалось, исходя из стехиометричности его состава, а также в предположении отсутствия растворенного азота в твердом растворе на основе никеля. Последнее предположение не вносит существенной ошибки в расчет, поскольку растворимость азота в твердом никеле менее 0,07%.
...
Результаты прочностных испытаний алмазных поликристаллов, полученных с применением дисперсноупрочненных катализаторов, представлены на рис. 6.12 — 6.13. Отметим, что эффект упрочнения алмазных поликристаллов наблюдается, если дисперсная фаза в исходном катализаторе распределена достаточно равномерно. Так, при использовании в качестве катализаторов прессованных порошковых смесей синтезируемые поликристаллы упрочняются лишь в случае дополнительной обработки смеси ультразвуком (см. рис. 6.12, 4).
...
Приведенные на рис. 6.12 — 6.13 экспериментальные данные объясняются, по-видимому, влиянием дисперсных частиц на прочность неалмазной составляющей поликристаллов. Упрочнение металлической фазы некогерентными частицами описывается механизмом Орована. При этом количество упрочняющей фазы, как правило, не должно превышать нескольких процентов, а расстояние между частицами фазы и их размер должны различаться на порядок и более. Необходимо отметить, что не-
...
Рис. 6.13. Влияние содержания Ti в катализаторе на прочность АРК 400/315: / — спеченный катализатор; 2 — азотированный катализатор
...
Вышеизложенное позволяет объяснить как влияние дисперсности и равномерности распределения упрочняющей фазы в исходном катализаторе на степень упрочнения синтезируемых алмазных поликристаллов, так и экстремальный характер концентрационных прочностных зависимостей. В частности, большое количество дисперсной фазы нарушает оптимальные геометрические параметры для дисперсного упрочнения, а также охрупчивает неалмазную составляющую, что отрицательно сказывается на прочностных свойствах поликристалла.
...
Результаты этого этапа работы можно обобщить следующим образом: — Установлена закономерность между механическими свойствами сплава—катализатора и механическими свойствами синтезируемых поликристаллов «карбонадо», состоящая в том, что повышение прочности сплава—катализатора, а следовательно, и связки алмазного поликристалла приводит к повышению прочности поликристалла в целом.
...
— Указанная закономерность сохраняется при условии сохранения пластических свойств металлической связки. При образовании в процессе синтеза поликристалла значительного количества карбидов, интерметаллидов, охрулчивающих связку, происходит снижение прочности поликристалла. Установленная закономерность позволяет управлять механическими свойствами алмазов типа «карбонадо» через закономерное воздействие на состав поликристаллов.
...
— Разработан способ получения дисперсноупрочненного катализатора определенной пористости и состава методами порошковой металлургии и внутреннего азотирования для синтеза поликристаллических алмазов.
...
— Применение катализатора определенной пористости и состава позволяет получать алмазные поликристаллы с повышенными прочностными свойствами за счет дисперсного упрочнения межкристаллитной связки.
...
Инструменты из «карбонадо» применяются во многих отраслях промышленности: станкостроении, автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении, авиастроении, машиностроении для легкой и пищевой промышленности, для лезвийной обработки цветных металлов, титановых сплавов, выглаживания сырых и закаленных сталей.
...
Особенности процесса резания лезвийным материалом и выглаживания на основе «карбонадо» определяются физико-механическими свойствами алмаза: низким коэффициентом трения; высокими значениями тепло- и температуропроводности, обеспечивающими сравнительно низкие температуры в зоне резания и позволяющими производить обработку на высоких скоростях резания, достигающих 1000 м/мин; высокой износостойкостью, обеспечивающей размерную стойкость и длительную работу инструмента без переналадок.
...
Главное влияние на контактные процессы оказывают низкий коэффициент трения алмаза (табл. 6.4) с большинством обрабатываемых материалов и высокая его теплопроводность. Поэтому при обработке цветных металлов в контактных слоях не возникает высокой температуры при реальных режимах резания. Увеличение скорости до 1000м/мин не меняет значения коэффициента трения.
...
В табл. 6.5 приведены геометрические параметры алмазных резцов и режимы резания при алмазном точении из АСПК. Выглаживатели из АСПК изготавливают со сферической поверхностью алмазной поверхности с размерами радиуса сферы от 0,5 до 4 мм через 0,5 мм.
...
Главными показателями качества алмазных резцов являются прочность и износостойкость режущей кромки. Исследование прочности режущей кромки резцов с определенными геометрическими параметрами (задний угол 10°; передний угол -2°; главный угол в плане 45°; вспомогательный угол в плане 15°; радиус при вершине 1,0 мм), изготовленных из прочных «карбонадо», проводили методом «ломающей подачи». При точении заготовок алюминиевого сплава САС-1 со скоростью резания 250 м/мин и глубиной 0,2 мм,
...
увеличивая ступенчато до величины, при которой происходит выкрашивание режущей кромки. Критерий качества алмазных резцов — величина «ломающей подачи» должна быть не менее 0,5 мм/об. Для резцов из качественных АСПК с прочной связкой она составила 0,8...1,0 мм/об, что свидетельствует о высокой прочности материала АСПК. Исследование износостойкости резцов выполняли при точении заготовок твердого сплава ВК-15. Режим резания: скорость резания 15...20 м/мин; подача 0,05...0,07 мм/об; глубина резания 0,2 мм. Продолжительность резания 5 мин, после чего измеряли износ резца по задней грани, являющийся показателем износостойкости. Время резания (5 мин) является достаточным для экспресс-оценки качества резца и отражает полный ресурс стойкости резца. Средний износ резцов из АСПК, изготовленных при давлениях 8,0...9,0 ГПа с прочной связкой, составил 0,11мм (от 0,05...0,15), что находится на уровне пластин типа «компакс». Полную работоспособность резцов АСПК определяют в соответствии с ТУ 2-037-98—84 при точении алюминиевого сплава АЛ43 ГОСТ 2685—75 при следующих режимах: скорость резания 500 м/мин, продольная подача 0,04 мм/об, глубина резания 0,3 мм. Критерий применимости резца — шероховатость обработанной поверхности должна быть не ниже Ra < 0,63 мкм. Стойкость резца до переточки должна быть не менее 1100 км. Нужно отметить, что после переточки стойкость резца увеличивается при приближении вершины резца к надкатализаторной зоне.
...
Наиболее значительной потенциальной областью применения разработанных видов поликристаллов является их использование для изготовления волок, в том числе для замены натуральных алмазов. Еще одной потенциальной областью применения разработанных поликристаллов является изготовление проводок с диаметром отверстия 3...8 мм для волочильных проволочных станов и станов по изготовлению металлокор-да. Первые успешные испытания разработанных алмазных поликристаллов в волоках были проведены на ВСПКЗ (г. Волгоград). Параллельно испытывали волоки Полтавского завода алмазного инструмента из поликристаллов СВА15Бу и волоки производства ОАО «Алмазинструмент» (г. Рославль) из разработанных алмазных поликристаллов. Сравнительные испытания проходили в одинаковых производственных условиях ВСПКЗ (СПЦ—4) на участке мокрого волочения латунированной проволоки под металлокорд 0 0,148 мм. Все волоки были предъявлены в ИФЦ на входной контроль и прошли его положительно по параметрам (диаметр калибрующего отверстия и условия протяжки). Испытание опытных волок проводили в СПЦ-4 при волочении стальной латунированной проволо-
...
ки под металлокорд на волочильных станах 22/200 со скоростью 400 м/ мин. Смазка — трехкомпонентная эмульсия. Волоки снимались по причинам: обрывы на проволоке; разработка волоки по диаметру; задиры на проволоке; сдирание покрытия на проволоке. После проверки контролером ОТК СПЦ-4 снятых волок диаметром не выше 0,152 мм и при условии плавной протяжки заданной проволоки в прямом и обратном направлении, волоки устанавливались повторно. По результатам испытаний установлено, что стойкость полтавских волок на 55 % ниже.
...
Следующим направлением применения разработанных алмазных поликристаллов является изготовление из них струеформирующих сопел и насадок, которые используются для газо- и жидкостноабразивной резки и обработки различных материалов (металлы, керамика, различные горные породы и пр.). Обработка изделий происходит за счет воздействия абразивных частиц (кварцевый песок), которые с большой скоростью подаются через сопло в газовой или жидкостной струе. С помощью подобных установок возможна резка различных материалов при заготовительных операциях, в особенности там, где огневая резка принципиально не применяется (резка органосодержащих композиционных материалов, например при утилизации военной техники), либо там, где нагрев разрезаемого материала нежелателен из-за возможных изменений в структуре или прочностных характеристиках; очистка внутренних поверхностей трубопроводов различных теплообменных систем от отложений, поскольку возможно использование длинномерных гибких питающих шлангов малого диаметра (катетеров); вероятность использования подобных устройств в двигателях коррекции орбиты в ракетной технике.
...
До последнего времени в качестве материалов для сопел и насадок использовали минералокерамику, корунд, сапфир или твердые сплавы. Эффективность использования установок с таким оснащением невысока, поскольку ресурс работы таких сопел и насадок низок. Например, стойкость сопла из корунда при давлении гидроструи 25 атм. и при расходе абразива (кварцевый песок) Юг/мин составляет менее 4 мин. Поэтому до последнего времени подобные установки имели весьма ограниченные области применения.
...
В настоящее время изготовление сопел и насадок проводится из нового типа алмазного поликристалла с уникальной стойкостью к абразивному износу, с применением технологии лазерной обработки, позволяющей получать изделия необходимой формы без снижения прочностных характеристик алмаза. Качество алмазных поликристаллов и их эксплуатационные характеристики определяются, в основном, следующи-
...
ми параметрами: твердостью; абразивной способностью; размером поликристалла; размером зерна в структуре поликристалла. Для сплошного контроля качества алмазных поликристаллов применяется специальная методика, позволяющая контролировать степень перехода графит—алмаз в поликристаллах, наличие пор, трещин и крупных металлических включений. Наряду с высоким качеством исходного сырья, эта методика
...
позволяет получать изделия с гарантированным уровнем эксплуатационных свойств. Номенклатура производимых сопел может быть расширена за счет увеличения чистоты канала сопла посредством применения традиционных и лазерного методов полировки и увеличения диаметра канала при использовании поликристаллов большего размера. Некоторые типы изготавливаемых сопел представлены на рис. 6.14.
...
В настоящее время алмазные формообразующие сопла и насадки нигде в мире, за исключением МИСиС, не производятся. Соотношение цен с зарубежными аналогами из других материалов позволяет прогнозировать высокую эффективность производства сопел и насадок для импортозамещения и для производства на экспорт. Так сапфировое сопло в корпусе германской фирмы «ESAB» стоит = в 3 раза больше, чем аналогичное сопло нашего производства. При этом стойкость алмазного сопла на порядок выше. Минералокерамическая насадка японской фирмы «Nippon» стоит $220, а себестоимость нашей насадки из сверхтвердого материала — $380, при этом ее стойкость в аналогичных условиях в 12—15 раз выше. Доработка технологии лазерной обработки алмазных поликристаллов, шлифовки и полировки канала, методики неразрушающего контроля качества алмазных поликристаллов позволит удовлетворить зарубежных потребителей по качеству обработки канала и по стабильности эксплуатационных свойств.
...
Новые особенности в лазерной технологии при изготовлении канала сопел и насадок состоят в компьютерном управлении параметрами лазерного луча и движением трехкоординатного столика с заготовкой. Эта технология позволяет в 2—3 раза сократить машинное время обработки канала, получать сопла со сложной конфигурацией отверстия, улучшить параметры шероховатости внутренней поверхности канала после лазерной обработки цо
...
Параметры лазерной обработки сопел: время изготовления канала сопла — не более 7 мин; шероховатость поверхности канала Rz = = 2,5...0,63. Эксплуатационные характеристики сопел: стойкость не менее 4ч
...
— Разработка новых и улучшение имеющихся технологических процессов изготовления алмазного инструмента имеют важное значение для повышения конкурентоспособности разработанных алмазных поликристаллов.
...
К наукоемким применениям алмазов относятся те направления, которые ориентированы на научно-технический прогресс в области микроэлектроники, оптоэлектроники, сенсоэлектроники, лазерной и радиационной техники, определяющих базовый уровень развития новых технологий XXI века.
...
Интенсивно развивающиеся современные высокие технологии, такие, как высокоскоростная и высокотемпературная электроника, требуют материалов с предельными оптическими, теплофизическими, механическими, электрическими и радиационными свойствами, которые в совокупности присущи только одному материалу — алмазу. Это делает его незаменимым ключевым компонентом во многих перспективных областях науки и техники, в первую очередь, в средствах связи и обработки информации, а также в приборостроении, медицине и экологии, определяющих промышленный потенциал и технический уровень развитых стран.
...
В частности, целью внедрения алмаза в электронику (где его преимущества перед другими известными материалами неоспоримы) является перевод электроники с «кремниевой на алмазную тягу» путем создания высокотемпературных, сверхмощных, высокочастотных полупроводниковых приборов с высоким уровнем интеграции алмазных микросхем, в том числе нового поколения оптоэлектронных приборов — быстродействующих коммутаторов, генераторов мощных импульсов, устройств оптической памяти, оптоэлектронных разрядников и т. д. В настоящее время можно выделить следующие приоритетные направления использования алмазов в перспективных наукоемких технологиях:
...
— высокоэффективные теплоотводы для интегральных схем, лазерных диодов и других структур микроэлектроники, позволяющие существенно расширить рабочий диапазон температур элементов традиционной
...
электроники на основе кремния, увеличить их мощность, степень интеграции и надежности, а также уменьшить габариты создаваемых приборов и перейти к принципиально новым технологиям электроники, например, к трехмерным модулям, повышающим быстродействие ЭВМ новых поколений. Применение алмазных теплоотводов основано на рекордно высокой теплопроводности алмаза (в 4—5 раз выше меди и других известных материалов);
...
— детекторы и дозиметры рентгеновского и ядерного излучения для биологии, медицины и ядерной техники, способные работать на фоне мощного радиационного поля в широком интервале энергий и дозы излучений, что недостижимо для других видов материалов. Применение алмазных детекторов и дозиметров основано на исключительно высокой радиационной стойкости и сверхвысоких счетных характеристиках алмаза;
...
— оптические окна и подложки для полупроводниковой техники. В этих алмазных изделиях используется высокая прозрачность малоазотных алмазов в УФ, видимом и ИК диапазонах, а также наивысшие из всех оптических материалов лучевая прочность, теплопроводность и радиационная стойкость, позволяющие использовать алмазы в качестве окон и зеркал для мощных лазеров, приборов ночного видения и др., в том числе для работы в агрессивных средах и радиационных полях, а также в области сверхвысоких давлений. Алмазные наковальни в аппаратах сверхвысокого давления уже в настоящее время позволяют производить эксперименты с различными веществами в мегабарном диапазоне давлений. Сверхвысокотвердые вещества (СТВ), синтезированные на основе фуллеренового сырья, позволяют расширить диапазон исследований и применений СТВ в этих и других областях, в том числе обработки природных алмазов и создания новых классов материалов вообще;
...
— активные элементы УФ-оптоэлектроники и сенсорики. Эти алмазные изделия являются наиболее перспективными в коммерческом отношении. Используются в области бытовой и промышленной электроники в виде широкой номенклатуры приборов массового применения.
...
Во всех подобных устройствах и приборах нужны алмазы с полупроводниковыми свойствами, которые могут быть получены путем дозированного легирования (например бором). Подобные кристаллы не должны быть зональными и секториальными. Одним из ключевых этапов продвижения в этом направлении является снижение концентрации азота в синтетических алмазах, попадающего в решетку алмаза в
...
Движущей силой процесса образования алмаза из графита является разность химических потенциалов Др. графита и алмаза. Для выращивания крупных монокристаллов необходимо, чтобы значение Др. было небольшим и сохранялось длительное время.
...
При выращивании крупных монокристаллов основные технические трудности связаны с реализацией методов достоверного контроля и поддержания температуры и давления в реакционной зоне ячейки высокого давления. Дополнительные сложности вызывает то, что параметры Р и Т меняются в процессе роста алмаза, поскольку фазовый переход Г->А сопровождается уменьшением удельного объема (в 1,5 раза), а также изменением электрофизических свойств шихты.
...
Метод температурного градиента позволяет создать условия для стабильного роста монокристаллов алмаза на специально введенной затравке. В реакционной зоне ячейки высокого давления преднамеренно создается температурный градиент. Источник углерода (алмаз или графит) помещается в область с более высокой температурой, а затравочные кристаллы алмаза — с более низкой. Источник углерода, находящийся при более высокой температуре, растворяется в расплаве металла, а углерод диффундирует через расплав и кристаллизуется на затравочных кристаллах алмаза при более низкой температуре. В начальный период синтеза возможно частичное растворение затравочного кристалла.
...
Повышение эффективности процесса выращивания алмаза на затравке методом температурного градиента является важной практической задачей. Ее решение может быть осуществлено посредством оптимизации параметров реакционной ячейки и созданием условий для получения кристаллов с заданными свойствами. Для этого необходимо: осуще-
...
ствить подбор материалов и состав шихты контейнера; выбрать материалы запорных прокладок; провести изучение влияния пористости контейнера на генерацию давления в реакционном объеме; изучить газовыделение из элементов сборки и возможность после
...
Работы проводились на многопуансонном аппарате «разрезная сфера 300». Принципиальная схема установки представлена на рис. 6.15. Твердосплавные пуансоны ABD передают давление на контейнер (рис. 6.16), в котором происходит процесс выращивания монокристаллов алмаза.
...
При такой компоновке источник углерода находился при более высокой температуре, чем затравка. Температурный градиент создавался за счет различной толщины верхней и нижней теплоизолирующих прокладок. Параметры процесса выбирались с учетом того, чтобы графит марки МГ-ОСЧ, используемый в качестве источника углерода, перешел в алмаз, и рост затравочного кристалла осуществлялся за счет перекристаллизации алмаза. Источник углерода, металл (сплав)-катализатор и затравочный кристалл изолировались от остальных элементов сборки втулкой и таблетками из CsCl. Затравка механически закреплялась на подложке из CsCl и закрывалась платиновой фольгой. Платина необходима для предотвращения растворения затравки на начальном этапе синтеза.
...
В аппаратах высокого давления (АВД) контейнеры используют для передачи давления от твердосплавных пуансонов к реакционной зоне камеры высокого давления (КВД), для электроизоляции реакционной зоны от нетокоподводящих пуансонов, для теплоизоляции пуансонов от горячей зоны.
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы