У монографії викладено принципи формування та застосування композиційних алмазо-вмісних матеріалів у породоруйнівних інструментах і проаналізовано різні технології їх спікання. Особливу увагу приділено цим матеріалам, оскільки композити такого типу мають деяку недосконалість структури, що не вписується в класичні уявлення про ідеалізовану структуру композитів, які містять дисперсні частинки. Описано механізми виникнення недосконалості структури композиційних алмазовмісних матеріалів, причини їх утворення при гарячому пресуванні і запропоновано ефективні технологічні шляхи їх усунення. Наведено новий метод інтенсивного електроспікання композиційних алмазовмісних матеріалів у замкнутому об'ємі за підвищеного тиску. Для фахівців у галузі створення, виробництва і застосування надтвердих матеріалів, а також викладачів, аспірантів і студентів відповідних спеціальностей. Предисловие З Глава 1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 7 1.1. Алмазные композиты в породоразрушающих инструментах 7 1.1.1. Инструменты дли обработки природного камня и строительных конструкций 7 1.1.2. Алмазные композиты в буровых инструментах 14 1.2. Алмазные инструменты в машиностроении 20 1.2.1. Области применения алмазных инструментов на металлических, керамических и полимерных связках ... 20 1.2.2. Инструменты с алмазосодержащими электрохимическими покрытиями 23 1.2.3. Алмазные правящие инструменты в машиностроении 23 1.3. Анализ факторов воздействия на композиционные алмазосодержащие материалы в условиях эксплуатации 25 1.3.1. Температурное воздействие на зерно алмаза в процессе его контактного взаимодействия с поверхностью обрабатываемого материала 27 Глава 2. ТЕХНОЛОГИИ СПЕКАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 32 2.1. Свободное изотермическое спекание 32 2.1.1. Особенности спекания композиционных алмазосодержащих материалов на керамических связках свободным изотермическим спеканием 33 2.2. Вакуумное спекание 36 2.3. Компрессионное спекание 36 2.4. Реакционное спекание 37 2.5. Горячее прессование композиционных алмазосодержащих материалов 38 2.5.1. Горячее прессование при высоких давлениях 41 2.5.2. Спекание КАМ взрывом 42 2.6. Электроразрядное спекание 42 2.6.1. Динамическое спекание 45 2.7. Получение композиционных алмазосодержащих материалов инфильтрацией жидкой фазы металлов 46 2.8. Электрохимическое осаждение алмазосодержащих покрытий 46 2.9. Факторы, приводящие к повреждениям и несовершенству структуры композиционных алмазосодержащих материалов 48 2.9.1. Окисление алмазов на воздухе и в связках 49 2.9.2. Анализ влияния нагревания на разупрочнение порошков алмаза 49 2.9.3. Оценка степени повреждения структуры композиционных алмазосодержащих материалов 52 Глава 3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 58 3.1. Классификация видов композитов 58 3.2. Особенности структуры композиционных алмазосодержащих композитов 61 3.3. Термоупругое несоответствие компонентов композиционных алмазосодержащих материалов 69 3.4. Методы прогнозирования эффективных упругих постоянных композиционных алмазосодержащих материалов 72 3.4.1. Влияние состава и дефектности структуры КАМ на изменение эффективного модуля упругости .. 78 3.4.2. Методика измерения упругих свойств КАМ 87 3.4.3. Упругие свойства сплавов-растворителей 89 3.5. Эффективный коэффициент теплового расширения композиционных алмазосодержащих материалов 89 3.5.1. Экспериментальное определение КТР композиционных алмазосодержащих материалов 91 3.6. Методика измерения теплопроводности композиционных алмазосодержащих материалов 92 3.7. Определение удельного электросопротивления композиционных алмазосодержащих материалов 94 3.8. Основные подходы в оценке прочности композиционных алмазосодержащих материалов . 95 3.8.1. Термонапряженное состояние в элементах двухкомпонентной среды, содержащей дисперсные частицы 102 3.8.2. Условия предельного состояния КАМ при одноосном сжатии или растяжении (модель прочности КАМ) 106 3.9. Экспериментальное определение прочности композиционных алмазосодержащих материалов 110 ЗЛО. Влияние термического расширения сплава-растворителя на термостойкость синтетических алмазов различных ростовых систем при нагреве 113 3.11. Определение износостойкости композиционных алмазосодержащих материалов 121 Глава 4. КОМПОЗИЦИОННЫЕ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ, КЕРАМИЧЕСКИХ И ПОЛИМЕРНЫХ СВЯЗКАХ 123 4.1. Композиционные алмазосодержащие материалы на металлических связках 123 4.2. Композиционные алмазосодержащие материалы на керамических связках 129 4.2.1. Физико-механические свойства основных керамических связок 130 4.2.2. Свойства алмазных композитов на стеклокерамических связках 132 4.3. Свойства композиционных алмазосодержащих материалов на полимерных связках 137 4.4. Влияние состояния структуры и термомеханических свойств связки на изнашивание алмазных кругов 138 Глава 5. КОМПОЗИЦИОННЫЕ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ТВЕРДОСПЛАВНЫХ СВЯЗКАХ 140 5.1. Особенности спекания композиционных алмазосодержащих материалов на твердосплавных связках 140 5.2. Физико-механические свойства композиционных алмазосодержащих материалов на твердосплавных связках 143 5.2.1. Эффективные упругие постоянные КАМ 143 5.2.2. Измерение теплопроводности композиционных алмазосодержащих материалов 148 5.2.3. Влияние состава КАМ на эффективный коэффициент температурного расширения 151 5.2.4. КТР сплавов-растворителей синтетических алмазов спонтанного синтеза 153 5.2.5. Прочность КАМ с твердосплавными связками 154 5.2.6. Моделирование изменения прочности КАМ 161 5.2.7. Экспериментальное определение прочности КАМ 167 5.3. Оценка качества композиционных алмазосодержащих материалов 174 Глава 6. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СПЕКАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 181 6.1. Пути совершенствования процесса спекания композиционных алмазосодержащих материалов 181 6.2. Механизм растрескивания зерен алмаза при нагревании 182 6.2.1. Термоупругие свойства исследуемых сплавов-растворителей 184 6.2.2. Анализ влияния термического расширения сплава-растворителя на термостойкость синтетических алмазов при нагреве 185 6.2.3. Условие зарождения и роста трещины 187 6.3. Интенсивное электроспекание под давлением 195 6.3.1. Конструкция технологического узла для интенсивного электроспекания композиционных алмазосодержащих материалов под давлением 197 6.3.2. Реализация процесса интенсивного электроспекания КАМ под давлением 199 6.3.3. Система мониторинга параметров процесса электроспекания 202 6.4. Кинетика процесса и основные механизмы интенсивного электроспекания под давлением. Закономерности формирования микроструктуры и физико-механические свойства композиционных алмазосодержащих материалов 203 6.4.1. Кинетика процесса ИЭСД 203 6.5. Исследование влияция параметров процесса интенсивного электроспекания на структуру и свойства твердосплавных связок и композиционных алмазосодержащих материалов на их основе 207 6.5.1. Свойства сплава ВКбОМ, спеченного ИЭСД 207 6.5.2. Особенности структуры и свойств сплава ВКбОМ-Cu, спеченного методом интенсивного электроспекания 209 6.5.3. Свойства твердого слава ВК15, спеченного ИЭСД 216 6.5.4. Структура и свойства КАМ, спеченных ИЭСД 218 Глава 7. СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ С ПОРИСТОЙ МАТРИЦЕЙ 225 7.1. Структурная модель пористого тела композиционных алмазосодержащих материалов с пористой матрицей 225 7.2. Проводимость порошкового брикета с несовершенными межчастичными контактами и композиционных алмазосодержащих материалов с пористой матрицей . 228 7.2.1. Проводимость однофазной системы 228 7.3. Пластичность композита с пористой матрицей и прогнозирование уплотнения заготовок композиционных алмазосодержащих материалов под давлением 233 7.3.1. Моделирование холодного прессования КАМ 233 7.3.2. Усадка смеси порошков алмаз-металл в закрытой пресс-форме 236 7.3.3. Влияние температуры на уплотнение порошковой заготовки 238 7.3.4. Исследование микроструктуры КАМ, спеченных ИЭСД 244 7.3.5. Структура и свойства КАМ, спеченных ИЭСД 246 7.4. Применение интенсивного электроспекания под давлением для производства вставок и сегментов из композиционных алмазосодержащих материалов 252 7.5. Методика экспресс-оценки эксплуатационных свойств композиционных алмазосодержащих материалов 253 7.6. Изготовление опытных сегментов и их испытание 256 7.7. Экспериментальные испытания функциональных элементов из композиционных алмазосодержащих материалов для буровых и породоразрушающих инструментов 260 Глава 8. АЛМАЗНЫЕ ГРАНУЛЫ И СПЕКАНИЕ КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ 264 8.1. Предпосылки формирования алмазных гранул 264 8.2. Металлизация порошков алмаза 266 8.3. Механические свойства алмазно-твердосплавных гранул 271 8.4. Технологический узел для электронапекания алмазных гранул на рабочую поверхность функциональных элементов породоразрушающих инструментов 271 8.5. Моделирование процесса интенсивного электроспекания композита алмазно-твердосплавные гранулы-медная матрица 273 8.6. Изготовление опытных образцов композита из гранул для проведения испытанийна износостойкость 275 8.7. Испытания на износостойкость композита на основе алмазно-твердосплавных гранул по горной породе 277 8.8. Испытания на износостойкость опытных буровых коронок 282 Глава 9. ПРОГРЕССИВНЫЕ СПОСОБЫ СПЕКАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 286 9.1. Диффузионное напекание алмазного слоя к корпусу инструмента 286 9.2. Электроспекание алмазных буровых коронок под давлением 304 9.3. Экспериментальная реализация технологии спекания опытных алмазных буровых коронок методом ИЭСД 315 9.4. Испытание разработанных композиционных алмазосодержащих материалов на износостойкость 316 9.5. Испытание опытных породоразрушающих инструментов 319 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ... 322