ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СВОЙСТВ ИСХОДНОГО АЛМАЗНОГО СЫРЬЯ НА СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

  • Sergey A. Perfilov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Maria V. Vorobieva Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Ivan A. Evdokimov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Roman L. Lomakin Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Ilya V. Pakhomov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Andrei A. Pozdnyakov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216412.4y
Ключевые слова: алмаз, поликристаллический алмаз, композиционные материалы, высокое давление

Аннотация

Алмазные поликристаллы (ПКА) получены из различных алмазных микропорошков пропиткой эвтектикой кобальт - карбид вольфрама в условиях высоких давлений и температур. Спекание проводили в камере высокого давления (КВД) типа «тороид» с диаметром лунки 39 мм при следующих параметрах: давление 5,5-6 ГПа, температура  ̴ 1450 °С, на установке одноосного сжатия на базе пресса усилием 25000 кН. В качестве исходного алмазного сырья использованы алмазные микропорошки с размером зерна 20/14 мкм по ГОСТ 9206-80, полученные дроблением из различного алмазного сырья с последующим разделением по зернистостям. Первая партия порошков была получена из среднепрочных марок АС 15 – АС 50, вторая из низкопрочных марок АС 4 – АС 6, а третья из природных алмазных порошков. Приведены результаты металлографических исследований шлифов и сколов ПКА, позволяющие определить особенности их микроструктуры, проведены рентгенофазовые исследования. В пропитанном алмазном слое обнаружено образование карбида вольфрама W2C, возможно образующегося при распаде исходного карбида вольфрама WC с преимущественным образованием из него алмаза в условиях эксперимента. Исследованы износостойкость, микротвердость, плотность полученных алмазных поликристаллов. Установлено, что свойства исходного алмазного сырья оказывают наибольшее влияние на износостойкость получаемых поликристаллических алмазных материалов. Данный факт необходимо учитывать при разработке поликристаллических алмазов инструментального назначения. Обнаруженная относительно невысокая износостойкость ПКА из порошков природных алмазов может быть объяснена как морфологией исходных частиц, так и меньшей их способностью к перекристаллизации в условиях высоких давлений и температур.

Литература

Qian J., McMurray C.E., Mukhopadhyay D.K., Wig-gins J.K., Vail M.A., Bertagnolli K.E. Polycrystalline diamond cutters sintered with magnesium carbonate in cubic anvil press. Internat. J. Refract. Metals Hard Mater. 2012. 31. 71-75. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2011.09.008.

Yahiaoui M., Gerbaud L., Paris J-Y., et al. A study on PDC drill bits quality. Wear. 2013. V. 298-299. P. 32-41. DOI: 10.1016/j.wear.2012.12.026.

Bellin F., Dourfaye A., King W., et al. Issues in Polycrystalline Diamond Compact Cutter-Rock Interaction From a Metal Machining Point of View-Part I: Temperature, Stresses, and Forces. World Oil. 2010. N 10. P. 53. DOI: 10.1115/1.4007468.

Mukhopadhyay D.K., Bertagnolli K.E. Understanding Sources of Residual Stress in PDC by X-Ray Diffraction. Superabr. Ind. Rev. Finer Points. Winter 2019/2020. P. 28.

Basharin A.Yu., Lysenko I.Yu., Spitsyn B.V. Transition of supercooled liquid carbon to metastable solid carbon: experiment, thermodynamics and mechanisms, application for diamond production. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 5. P. 4-8 (in Russian).

Ermolaev A.A., Laptev A.I. Diamond polycrystalline materials. Mechanism and kinetics of polycrystalline di-amond synthesis. M.: MISiS. 2008. 63 p. (in Russian).

Lebedev L.V., Zakirov A.Ya. Production and testing of the first Russian polycrystalline diamond cutters for drill bits. Proneft’. 2017. N 4 (6). P. 32-35 (in Russian).

Prokhorov V., Pozdnyakov A., Kravchuk K., Morokov E. Development and research of characteristics of two-layer diamond plates for drilling tools. Machines. Technologies. Materials. 2019. XIII. 7. Р. 294-297.

Abaturov V.G. Physical and mechanical properties of rocks and rock-breaking drilling tools. Tyumen: Neftegaz. Un-t. 2007. P. 238 (in Russian).

Vorobyeva M.V., Perfilov S.A., Pozdnyakov A.A., Lomakin R.L., Blank V.D. New possibilities of rock-breaking tools equipped with diamond-carbide cutting elements. Vopr. Materialoved. 2020. N 1(101). P. 74-85 (in Russian). DOI:10.22349/1994-6716-2020-101-1-74-84.

Kuftyrev R.Yu., Kotelnikova O.S., Laptev A.I., Sorokin M.N. Testing methods of diamond-carbide PCD composites used to equip PDC drill bits. Tsvetn. Metly. 2017. N 11. P. 123-125 (in Russian). DOI: 10.17073/0368-0797-2017-9-745-751.

Zacny K. Fracture and fatigue of polycrystalline-diamond compacts. Soc. Petrol. Eng. 2012. V. 27 (1). Р. 145–157. DOI: 10.2118/150001-PA.

García-Marro F., Mestra A., Kanyanta V., Maweja K., Ozbayrak tar S., Llanes L. Contact damage and residual strength in polycrystalline diamond (PCD). Diamond Rel. Mater. 2016. N 65. P. 131–136. DOI: 10.1016/J.DIAMOND.2016.03.004.

Vityaz P.A., Kheiyfetz M.L., Senyut V.Т., Kolmakov A.G. Synthesis of polycrystalline diamond materials based on detonation diamonds. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 7. Р. 105 – 109 (in Russian).

Vityaz P.A., Ilyushchenko A.F., Kheiyfetz M.L., Chizhik S.A., Solntsev K.A., Kolmakov A.G., Alymov M.I., Barinov S.M. Technologies of Constructional Nanostructured Materials and Coatings. Minsk: Belorus. Nauka. 2011. 283 p. (in Russian).

Senyut V.Т., Vityaz P.A., Val’kovich I.V., Parnitsky A.M., Rzhetsky V.A. Synthesis of composites based on silicon-modified detonation nanodiamonds. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 11. Р. 4 – 9 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.13y.

Zharchenkova M.I., Perfilov S.A., Blank V.D. Carbon content influence on physico-mechanical properties of tungsten-based composites with maraging-based binder. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 11. Р. 62 – 66 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.6y.

Shulzhenko A.A., Jaworska L., Sokolov A.N., Gargin V.G., Petasyuk G.A., Belyavina N.N., Zakora A.P., Suprun M.V., Konoval S.M., Kapitanchuk L.M. Properties of diamond polycrystalline composite material obtained in the diamond – graphene –silicon system. Sb. Rock–breaking and metalworking tools - technique and technol-ogy of its manufacture and application. Kiev: Izd. ISM named after V.N. Bakul of the NAS of Ukraine. 2009. V. 12. Р. 167-175 (in Russian).

Belnap J.D. Sintering of Advanced Materials. UK: Woodhead Publishing. 2010. P. 389–414. DOI: 10.1533/9781845699949.3.389.

Scott TA. The influence of microstructure on the mechanical properties of polycrystalline diamond: a litera-ture review. Adv. Appl. Ceram. 2018. 117(3). P. 161–176. DOI: 10.1080/17436753.2017.1389462.

GOST 9206-80 State standard of the USSR. Diamond powders. Specifications (in Russian).

Опубликован
2021-11-18
Как цитировать
Perfilov, S. A., Vorobieva, M. V., Evdokimov, I. A., Lomakin, R. L., Pakhomov, I. V., & Pozdnyakov, A. A. (2021). ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СВОЙСТВ ИСХОДНОГО АЛМАЗНОГО СЫРЬЯ НА СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 64(12), 48-54. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216412.4y
Выпуск
Том 64 № 12 (2021)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы