Сверхтвердые материалы (СТМ) на основе алмаза и кубического нитрида бора (КНБ).

Алмаз — самый твердый из всех известных в природе минералов (твердость 10 000 кгс/мм2), модуль упругости Е алмаза выше всех известных твердых веществ (900 000 МПа). Кубический нитрид бора немного уступает только алмазу (твердость 9250 кгс/мм2, Е = 720 000 МПа). Высокая твердость определяет значительную хрупкость. Прочностные характеристики нитрида бора ниже, чем у алмаза.

Преимущества алмаза перед нитридом бора — более высокая теплопроводность, а также меньший коэффициент термического расширения. Однако алмаз и кубический нитрид бора имеют преимущество по этим параметрам перед всеми прочими инструментальными материалами.

Физико-механические свойства алмаза и кубического нитрида бора приведены в табл. 23.4.

Таблица 23.4. Физико-механические свойства алмаза и кубического нитрида бора

Свойства

Алмаз

Нитрид бора

Плотность, г/см3

3,48...3,56

3,44...3,49

Твердость, HV

10 000

9250

Модуль упругости, МПа

900 000

720 000

Предел прочности при сжатии, МПа

2000

500

Предел прочности при изгибе, МПа

210...500

Алмаз — природное вещество. К ювелирным алмазам относятся кристаллы высокого качества, совершенной формы, прозрачные или равномерно окрашенные, без трещин, включений (их доля в добыче около 20 %).

Масса алмаза и кубического нитрида бора измеряется в каратах (0,2 г). Алмаз массой в 1 карат имеет средний диаметр около 5 мм. Крупность алмазов обычно невелика. Размеры зерен чаще всего колеблются от долей миллиметра до 5... 10 мм в поперечнике. В некоторых месторождениях размер зерна алмаза составляет сотые доли миллиметра. Основная доля добываемых алмазов (80 %) — технические. Развитие технологии высоких давлений позволило в середине 1950-х годов получить искусственные алмазы, в 1960-е годы был синтезирован кубический нитрид бора.

Для изготовления лезвийного инструмента в основном используются искусственные СТМ и реже природные алмазы. СТМ используют в виде кристаллов, а также получают путем спекания порошков.

СТМ на основе нитрида бора получили название «композит». Композит-01 (эльбор), Композит-02 (белбор) и Композит-09 (ПТНБ) — поликристаллы. Композиты-05 и-10 (Гексанит-Р) получают спеканием частиц кубического нитрида бора. Из алмазных поликристаллов изготавливают СТМ марок АСПК (карбонадо) и АСБ (баллас), названные так из-за идентичности их структуры соответствующим природным алмазам с такими названиями. Из материалов, полученных спеканием зерен алмаза, производят СТМ марок СВБН и СКМ (карбонит). Крепление заготовок СТМ осуществляют их запрессовыванием в металлические вставки, которые затем крепятся к корпусу инструмента, а также зачеканкой и запаиванием в пазу корпуса.

Инструменты, оснащенные СТМ, используют для чистовой и тонкой лезвийной обработки. Высокая твердость, низкие значения коэффициента теплового расширения, высокая теплопроводность позволяют обрабатывать тонкостенные детали (втулки с толщиной стенки 0,2 мм), не нарушая их формы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >