Процессы и технологии получения высокоэффективного алмазного инструмента при высоких давлениях и температурах с применением новых алмазных материалов и порошковых композиций

• Автор: Бугаков, Василий Иванович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 340 с. : ил.

Введение

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

2. СВОЙСТВА АЛМАЗОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ КАМНЕОБРАБОТКЕ

И В БУРОВОЙ ТЕХНИКЕ

2.1. Классификация алмазного сырья по существующим нормативным документам

2.2. Методы испытания физикомеханических свойств алмазных моно и поликристаллов

2.3. Физикохимические и механические свойства природных и синтетических алмазов

2.3 Л. Твердость алмазов

2.3.2. Износостойкость алмазов

2.3.3. Прочность алмазов

2.4. Влияние термообработки на механические свойства алмазов

2.5. Влияние давления на термостойкость алмаза
3. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО КАМНЕРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ
3.1. Существующие технологии изготовления алмазосодержащих элементов камиеразрушающего инструмента
3.2. Аппаратура для создания высокого давления
3.2.1. Расчет контейнера высокого давления до 1,5 ГПа
3.2.2. Расчет контейнера высокого давления на 1,,5 ГПа
3.3. Требования к связкам алмазного инструмента и методы их испытания
3.3.1. Методы измерения усилия удержания связками алмазного зерна
3.3.2. Методы повышения усилия удержания связками алмазного зерна
3.3.3.Физикохимичсские процессы взаимодействия алмаза с металлами и сплавами и их влияние на усилие удержания алмазного зерна в
связке инструмента
3.3.3.1. Общие закономерности смачивания и адгезии к алмазу
3.3.3.2. Физикохимическое взаимодействие компонентов при изготовлении алмазосодержащего инструмента с использованием связок на основе
никельдиборид титана хрома
3.4. Методы измерения и повышения абразивной стойкости связок алмазного инструмента
4. Свойства связок алмазного камнеразрушающего инструмента
4.1. Свойства связок на основе твердого сплава и влияние на них условий изготовления инструмента
4.2. Составы и свойства связок алмазного камнережущего инструмента
4.3 Составы и свойства связок алмазного бурового инструмента
4.4. Влияние физикохимических, механических, эксплуатационных свойств связок на износостойкость алмазного инструмента
5. Разработка новых связок алмазного камнеразрушающего инструмента, изготавливаемого при давления до 2,5 ГПа
5.1. Диаграммы состояния и свойства сплавов железа и никеля с диборидом хрома и титана
5.2.Свойства связок алмазного камнеразрушающего инструмента, изготавливаемого при давлениях до 1,5 ГПа
5.3. Разработка припоя на основе новых связок алмазного камнеразрушающего инструмента, изготавливаемого при давлениях до 2,5 ГПа
6. Разработка бурового алмазного инструмента
6.1. Особенности процесса бурения алмазосодержащим инструментом и возможности применения его для различных геологических условий
6.2. Изучение процесса взаимодействия алмаза с породой и разработка высокоэффективной коронки для геологоразведочного бурения
горных пород с применением алмазов АСПК.
6.3. Производственные испытания буровых коронок, оснащенных синтетическими поликристаллическими алмазами типа АСПК
6.3.1. Испытания на СреднеОрловской ГРЭ.
6.3.2. Испытания на Олевской ГРЭ Житомирской экспедиции
6.3.3. Испытания на Трудовской ГРЭ треста Артемгеология
6.4. Разработка аппаратуры и технологии изготовления буровых долот
с применением алмазов АСПК
7. Разработка камнеразрушающего инструмента
7.1. Применение метода горячего прессования при высоком давлении
1,,5 ГПа для изготовления алмазосодержащих элементов инструмента.
предназначенного для распиловки природного камня
7.2. Применение метода горячего прессования при высоком давлении
1.,5 ГПа для изготовления эффективного алмазосодержащего инструмента для шлифования бетона и других строительных материалов
7.3. Применение метода горячего прессования при высоком давлении
1.,5 ГПа для изготовления алмазосодержащих инструментов для сверления бетона и горных пород
8. Выводы
9. Литература
. Приложения.
.1 Приложение 1. Коронки
.2 Приложение 2. Шлифголовки
.3 Приложение 3. Сверла алмазные
ВВЕДЕНИЕ


Следует заметить, что при синтезе карбонадо образование кристаллитов происходит при более жестких условиях, с большими скоростями, структура является более напряженной, дефектной, и по диаграмме рис. Косвенно о микротвердости кристаллитов алмаза, слагающих поликристалл, можно судить по микронапряжениям их кристаллической решетки, по влиянию уровня микронапряжений на механические свойства поликристалла . В качестве метода исследования микронапряжений был выбран рентгеновский метод. Исследовали уширение интерференционных линий алмаза на рентгенограмме. После выделения вклада в дбс микроиапряжеиий с учетом модуля упругости алмаза кгемм2 I 1 ГПа их величина для балласа составила кгемм2 МПа, для карбонадо кгемм2 МПа. Таким образом величина микронапряжений находится на уровне механической прочности и ее вклад в повышение микротвердости нельзя нс учитывать. В работе авторами были изготовлены резцы из поликристаллов карбонадо. Оказалось, что с каждой последующей переточкой величина микроискажений растет и повышается стойкость резца, т. Наблюдаемое явление косвенно подтверждает вывод авторов работ о величине и распределении микротвердости по сечению поликристалла алмаза. Другим подтверждением высокой твердости алмазов карбонадо является их поведение при доводке резцов на чугунных кругах . Экспериментальные данные показали, что производительность шлифования балласа на чугунном диске, шаржированном алмазным микропорошком АМ , в двадесять раз ниже, чем при огранке природных алмазов, ориентированных в мягком направлении. Практически процесс шлифования балласа заканчивается в течение минут, а карбонадо двухтрех минут, что соответствует производительности обработки природных алмазов, ориентированных в твердом направлении. Это также свидетельствует о том , что твердость поликристаллов карбонадо находится на уровне наибольшей твердости природных монокристаллов алмаза. Пониженная твердость синтетических алмазов по сравнению с твердостью природных алмазов, отмеченная нами ранее, по мнению авторов связана с повышенным содержанием парамагнитного азота, с этим же связана и их повышенная пластичность. Твердость поликристаллических алмазов, получаемых методами спекания из алмазных порошков, зависит от условий спекания, связки, зернистости алмазного порошка. ГПа 1, мегадаймонда кгсмм2 1 Па ЗО. Алмаз обладает самыми высокими из всех известных материалов износостойкостью и шлифующей способностью. Износостойкость алмаза в 0 раз выше износостойкости твердого сплава. Шлифующая способность в 0 раз больше, чем у карбида кремния. Работоспособность алмаза выше чем у карбида бора в раз. До настоящего времени вопрос о методах испытаний алмазных монокристаллов и шлифпорошков на абразивную способность остается открытым. Существующие методики ГОСТ для АРСЗ, ТУ7 для АСПК, ГОСТ 7 для природных алмазов правящего назначения не являются универсальными и имеют существенные недостатки. Например, абразивная стойкость коронок, изготовленных из алмазов АРСЗ по ГОСТ , зависит не только от качества алмазного зерна, но и от технологии изготовления коронок. Режимы испытания АСПК по ТУ в режиме правки абразивных кругов вообще проводятся на скоростях, превышающих термостойкость АСПК . Поэтому нами была разработана методика испытания поликристаллических алмазов АСПК на абразивную стойкость при режимах, соответствующих их работе в буровом инструменте. Наиболее часто износостойкость алмазов оценивают по стойкости инструмента, из них изготовленного. Большую работу провели сотрудники ВИТРа по изучению влияния формы алмазов на их удельный расход и скорость при бурении. Исследования показали, что расход алмазов уменьшается в ряду обломки кристаллов, шпинельные двойники октаэдров, октаэдры плоскогранные, октаэдры с округлыми ребрами, додекаэдры с круглыми ребрами, ромбододекаэдры, октаэдры с круглоступенчатыми гранями. Показатели бурения коронок, оснащенных различными по форме алмазами представлены в табл. Авторы работы износостойкость алмазов также оценивали по стойкости буровых коронок. Предварительно алмазы были аттестованы на динамическую и статическую прочность. Бурение проводили в трещиноватых и монолитных породах.