RU2146187C1 - Composite product and method for making it - Google Patents

Abstract

FIELD: effective method for making composite products based upon process realized with intensive heat liberation. SUBSTANCE: composite includes sufficient quantity of one or several skeleton structures of three-dimensionally joined particles at least of one ceramic material selected from carbide, boride, nitride, silicide of titanium, zirconium, tantalum, niobium, silicon, chromium, tungsten, molybdenum and metallic material of alloy and(or) intermetallic compound filling cavities around and between all members of skeleton structure or matrix consisting of metallic and(or) ceramic matters, superabrasive diamond particles and particles of polymorthic modified high-pressure borum nitride. Said particles are distributed in the whole volume of matrix, in surface layer or on surface of blank portion corresponding to working plane. It is possibly to use with high effectiveness superabrasive particles coated with metallic and non-metallic materials in predetermined processes. EFFECT: wear resistant material for different usage, abrasive members of tools. 61 cl, 4 dwg, 4 tbl, 16 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к керамическим/металлическим композитам и способу их производства, основанному на самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) и таком компакте, который содержит суперабразивные алмазные частицы или полиморфные модификации высокого давления нитрида бора, cBN или wBN, расположенные в структуре металлической и/или керамической матрицы.FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to ceramic / metal composites and a method for their production based on self-propagating high temperature synthesis (SHS) and such a compact that contains superabrasive diamond particles or high pressure polymorphs of boron nitride, cBN or wBN, located in the structure of a metal and / or ceramic matrices.

Описание известного уровня техники
Керамические/металлические композиты, как новый материал, который объединяет свойства керамики и металла, применяются для конструирования материала и тому подобных целей. Известна технология их производства, называемая СВС, которая основывается на процессе, возникающем в определенных системах материалов: горение, начатое воспламенением в одной точке, самостоятельно продолжается и распространяется на остальную часть материала, благодаря интенсивному выделению тепла, которое распространяется и вызывает достаточный рост температуры. Достоинства этой технологии позволяют осуществлять приготовление вещества с температурой плавления выше 2000^oC и являются полезными для производства таких функциональных материалов, как карбиды, нитриды, бориды, силициды или оксиды металлов четвертой или пятой групп Периодической таблицы, включая Ti, Zn, Ta, Si, а также интерметаллические компаунды. Такая технология полностью описана в "Химия СВС процесса" ("The chemistry of SHS"), публикация ТIC (1992).Description of the prior art
Ceramic / metal composites, as a new material that combines the properties of ceramics and metal, are used to construct the material and the like. There is a known technology for their production, called SHS, which is based on a process that occurs in certain systems of materials: combustion, initiated by ignition at one point, continues independently and spreads to the rest of the material, thanks to the intense heat that spreads and causes a sufficient temperature increase. The advantages of this technology allow the preparation of substances with a melting point above 2000 ^o C and are useful for the production of functional materials such as carbides, nitrides, borides, silicides or metal oxides of the fourth or fifth groups of the Periodic table, including Ti, Zn, Ta, Si, as well as intermetallic compounds. Such technology is fully described in The Chemistry of SHS (The chemistry of SHS), published by TIC (1992).

Известно, что процесс синтеза может быть инициализирован посредством:
(1) помещения электрорезистивного нагревателя или подобного ему в контакте с заготовкой, сформированной из спрессованной массы смеси порошков, выполненной так, чтобы было возможно осуществить процесс СВС (прямое воспламенение) и воспламенением в одном месте;
(2) размещения в контакте с заготовкой, с одной стороны, другой смеси порошков, пригодной для процесса СВС; эта смесь воспламеняется, и выделяющееся в результате этого интенсивное тепло используется, в свою очередь, для воспламенения заготовки (воспламенение в два этапа); а также
(3) нагрева с помощью источника тепла (например, с помощью электрорезистивного элемента), который расположен вокруг заготовки таким образом, чтобы воспламенить эту сформированную прессованием массу (непрямое воспламенение).It is known that the synthesis process can be initialized by:
(1) placing an electroresistive heater or the like in contact with a workpiece formed from a compressed mass of a mixture of powders, made so that it is possible to carry out the SHS process (direct ignition) and ignition in one place;
(2) placing in contact with the workpiece, on the one hand, the other a mixture of powders suitable for the SHS process; this mixture ignites, and the intense heat generated as a result of this is used, in turn, to ignite the workpiece (ignition in two stages); and
(3) heating by means of a heat source (for example, by means of an electroresistive element), which is located around the workpiece in such a way as to ignite this mass formed by pressing (indirect ignition).

Из трех выше перечисленных технологий способы (2) и (3) повсеместно используются для целей обеспечения воспламенения массы заготовки в случаях, когда основной источник тепла не достаточен для самораспространения процесса: в этих случаях в качестве вторичного источника тепла используется смесь порошков, расположенная вокруг спрессованной массы, как описано выше. Of the three technologies listed above, methods (2) and (3) are used everywhere to ensure ignition of the workpiece mass in cases where the main heat source is not sufficient for the process to propagate: in these cases, a mixture of powders located around the compressed mass is used as a secondary heat source as described above.

Толстые и массивные композиты могут быть получены с помощью технологии обжига, основанной на процессе СВС, при котором продукты СВС плавятся или размягчаются. Однако это трудно достижимо, например, в случае с композитом, основанном на карбиде титана, который получается пористым, если процесс начинается с исходной смеси порошков металла и угля. Thick and massive composites can be obtained using firing technology based on the SHS process, in which SHS products melt or soften. However, this is difficult to achieve, for example, in the case of a composite based on titanium carbide, which is porous if the process begins with an initial mixture of metal and coal powders.

Возможными причинами этого являются:
(1) получаемый в результате реакции продукт - карбид, - имеет слишком высокую температуру плавления, и (2) реакция между веществами в твердом состоянии проходит между Ti и C при относительно низкой температуре, в результате чего получается TiC, который формирует жесткую сетчатую структуру. Уплотнение ее, до определенной степени, может быть достигнуто с помощью давления, но получить продукт, достаточно свободный от пор, невозможно. Аналогичная ситуация возникает при синтезе других материалов с высокой температурой плавления.Possible reasons for this are:
(1) the resulting product, the carbide, has a too high melting point, and (2) the reaction between the substances in the solid state takes place between Ti and C at a relatively low temperature, resulting in TiC, which forms a rigid network. Compaction of it, to a certain extent, can be achieved by pressure, but it is impossible to obtain a product sufficiently free of pores. A similar situation arises in the synthesis of other materials with a high melting point.

Для одновременного или последовательного формирования и обжига материалов с высокой температурой плавления и для изготовления компактов из различных материалов применяется СВС процесс, в ходе которого практически адиабатически получается высокая температура в течение короткого периода времени. Для получения таких материалов в настоящее время применяются следующие технологии: статическое давление с помощью механического пресса, мгновенное сдавливание посредством детонации взрывчатого вещества, изостатическое давление с помощью системы HIP, псевдо-HIP процесс, с помощью которого формируемый компакт сдавливается со всех сторон с помощью механического пресса в пресс-форме посредством формовочного песка. For the simultaneous or sequential formation and firing of materials with a high melting point and for the manufacture of compacts from various materials, the SHS process is used, during which a high temperature is almost adiabatically obtained for a short period of time. To obtain such materials, the following technologies are currently used: static pressure using a mechanical press, instant compression by detonation of an explosive, isostatic pressure using a HIP system, a pseudo-HIP process by which a formed compact is compressed from all sides using a mechanical press in the mold by molding sand.

С другой стороны, композиты из алмаза или полиморфных модификаций высокого давления нитрида бора (cBN или wBN), связанных совместно либо распределенных и удерживаемых в матрице, широко применяются в промышленности. Эти суперабразивные вещества являются метастабильными при нормальном давлении и еще в большей степени при высоких температурах, таких, которые используются в процессе обжига: оба они могут быстро трансформироваться в полиморфные модификации низкого давления, которыми являются графит или гексагональный нитрид бора, так что необходимо применение сверхвысокого давления для того, чтобы предотвратить такие нежелательные переходные процессы, с помощью создания условий, при которых эти суперабразивные вещества будут находиться в термодинамически предпочтительных фазах, при этом в процессе обжига требуется обеспечение давления в несколько (обычно больше четырех) гигапаскалей. Однако достижимые при этом объемы накладывают ограничение на максимальные размеры получаемого продукта, которые в настоящее время составляют приблизительно три дюйма (76,2 мм) в диаметре. On the other hand, composites of diamond or polymorphic high-pressure modifications of boron nitride (cBN or wBN), bound together or distributed and held in a matrix, are widely used in industry. These superabrasive substances are metastable at normal pressure and even more at high temperatures, such as those used in the firing process: both of them can quickly transform into polymorphic low-pressure modifications, which are graphite or hexagonal boron nitride, so the use of ultra-high pressure in order to prevent such undesirable transients, by creating the conditions under which these superabrasive substances will be in thermodynamics ically preferred phases, wherein in the firing process required pressure providing several (typically more than four) GPa. However, the volumes achievable with this impose a restriction on the maximum dimensions of the resulting product, which are currently approximately three inches (76.2 mm) in diameter.

Некоторые имеющие менее жесткую структуру износоустойчивые материалы, в которых суперабразивные частицы необязательно соединены между собой, могут быть получены с использованием процесса HIP или горячего прессования вместо технологии сверхвысокого давления. Достоинством в этих процессах является то, что могут быть получены износоустойчивые продукты больших размеров, поскольку при этом практически отсутствуют ограничения, налагаемые оборудованием, однако в этом случае, из-за сущности процесса и способа его реализации, для достижения достаточной степени плотности матрицы при производстве термостойких композитных продуктов необходимо поддерживать температуру в 1000^oC и выше в течение нескольких минут.Some wear-resistant materials having a less rigid structure, in which superabrasive particles are optionally interconnected, can be obtained using the HIP process or hot pressing instead of ultra-high pressure technology. The advantage in these processes is that wear-resistant products of large sizes can be obtained, since there are practically no restrictions imposed by equipment, however, in this case, due to the nature of the process and the method of its implementation, in order to achieve a sufficient degree of matrix density in the manufacture of heat-resistant composite products need to maintain a temperature of 1000 ^o C and above for several minutes.

При этом неизбежно возникают переходы частично или в значительной степени суперабразивов в фазу низкого давления, а возникающее в результате этого ухудшение свойств частиц и их сцепления с матрицей затрудняет использование таких износоустойчивых материалов вместо компактов, получаемых в результате сверхвысокого давления. In this case, transitions of partially or substantially superabrasives to the low pressure phase inevitably occur, and the resulting deterioration in the properties of the particles and their adhesion to the matrix makes it difficult to use such wear-resistant materials instead of compacts obtained as a result of ultrahigh pressure.

В процессе СВС часто происходит повышение температуры до более чем 2000^oC, хотя тепло выделяется обычно в течение короткого периода в несколько секунд. Насколько известно авторам изобретения, не существует технологий, которые могли бы использовать такой, практически мгновенный, нагрев в процессе производства компактов, композитных или нет, содержащих суперабразивные частицы.In the SHS process, the temperature often rises to more than 2000 ^° C, although heat is usually generated within a short period of several seconds. As far as the authors of the invention are aware, there are no technologies that could use such, almost instantaneous, heating in the production process of compacts, composite or not, containing superabrasive particles.

Поэтому одной из основных целей настоящего изобретения является получение достаточно эффективно уплотненной массы карбида титана и других керамических веществ, которые трудно, как описано выше, получить в виде уплотненного компакта с помощью процесса СВС, и, в частности, такого конструкционного материала, который состоит из керамической каркасной структуры, уплотненной с помощью металлической фазы, которая заполняет внутренние полости расплавленным сплавом Ti-Al (или интерметаллическим компаундом). Therefore, one of the main objectives of the present invention is to obtain a sufficiently compacted mass of titanium carbide and other ceramic substances, which are difficult, as described above, to obtain a compacted compact using the SHS process, and, in particular, such a structural material that consists of ceramic frame structure, sealed with a metal phase, which fills the internal cavity with molten Ti-Al alloy (or intermetallic compound).

Другой целью настоящего изобретения является разработка адекватного метода изготовления таких компактов. Другой целью является получение нового компакта, содержащего абразивные частицы, который был бы в достаточной степени свободен от неизбежно существовавших до настоящего времени ограничений в размере продукта и ухудшении абразивных свойств. Еще одной целью является получение эффективного способа производства таких компактов. Another objective of the present invention is to develop an adequate method for the manufacture of such compacts. Another goal is to obtain a new compact containing abrasive particles, which would be sufficiently free from the inevitably existing hitherto restrictions on the size of the product and the deterioration of abrasive properties. Another goal is to obtain an effective method for the production of such compacts.

Описание изобретения
Первым аспектом настоящего изобретения является композитная масса спеченных частиц, состоящая из интегрированной массы или нескольких огнеупорных кусочков или керамических частиц и металлического материала, заполняющего полости между ними, причем первые выбираются из карбидов, боридов и силицидов Ti, Zn, Ta, Nb, Si, Cr, W и Mo, соединенных трехмерно, а вторые содержат один из сплавов двух металлов или интерметаллических компаундов систем Ti-Al, Ti-Ni и Ni-Ai. Такие композиты могут быть приготовлены, в основном, с помощью: подмешивания металлического порошка Al и/или Ni в смесь металлических/неметаллических порошков, составленную таким образом, чтобы в результате процесса СВС получались в достаточной степени огнеупорные продукты, смешивания и прессования указанного порошка для формирования заготовки с помещением последней в пресс-форму, инициализации процесса СВС в этой заготовке, чтобы вызвать плавление, хотя бы частично, и размягчения обоих указанных металлов посредством тепла, вырабатываемого при этом, и формируя каркасную структуру тугоплавкого компаунда с заполнением полостей каркаса жидким металлом.Description of the invention
The first aspect of the present invention is a composite mass of sintered particles, consisting of an integrated mass or several refractory pieces or ceramic particles and a metal material filling the cavities between them, the first being selected from carbides, borides and silicides Ti, Zn, Ta, Nb, Si, Cr , W and Mo, connected three-dimensionally, and the second contain one of the alloys of two metals or intermetallic compounds of the systems Ti-Al, Ti-Ni and Ni-Ai. Such composites can be prepared mainly by: mixing a metal powder of Al and / or Ni into a mixture of metal / nonmetallic powders, formulated so that as a result of the SHS process sufficiently refractory products are obtained, mixing and pressing said powder to form workpieces with the latter being placed in the mold, initializing the SHS process in this workpiece in order to cause melting, at least partially, and softening both of these metals by heat, th at it and forming a skeletal structure of refractory compound filling the cavities with liquid metal carcass.

Количество выделяемого тепла зависит от состава изначальной химической системы так, что в случае одного состава смеси его может быть достаточно для поддержания процесса формирования каркасной структуры и для заполнения металлическим материалом полостей, для другого же состава его может быть недостаточно. Такая проблема может быть решена с помощью так называемой технологии химической печи, при которой в процесс СВС включается дополнительная химическая система или порошковая смесь, и достаточное количество тепла поступает к сформированной заготовке извне. The amount of heat generated depends on the composition of the original chemical system so that in the case of one composition of the mixture it may be enough to support the process of forming the frame structure and fill the cavities with metal material, for another composition it may be insufficient. Such a problem can be solved using the so-called technology of a chemical furnace, in which an additional chemical system or powder mixture is included in the SHS process, and a sufficient amount of heat is supplied to the formed workpiece from the outside.

В настоящее время возможно получать суперабразивные частицы с хорошими рабочими свойствами в композитных матрицах различной плотности с помощью добавления этих частиц в формируемую заготовку и применяя процесс СВС, который служит как источник тепла, вызывающего пластическую деформацию матрицы при таких давлении и температурах, при которых алмаз находится в метастабильном состоянии. Химическая система - источник тепла, - может быть либо компонентом матрицы, либо может быть расположена в непосредственной близости к матричной структуре, в которой не происходит выделения достаточного количества тепла. В обоих случаях матрица содержит определенные компоненты, которые плавятся или размягчаются в условиях высокой температуры, возникающих в процессе СВС. Расплавленные или размягченные материалы подвергаются давлению для создания композитной массы уплотненной структуры. Давление прикладывается почти сразу после завершения СВС процесса. Суперабразивные частицы могут быть расположены в зависимости от необходимости, например, на поверхности или в верхнем слое, либо равномерно по всему объему получаемого композита. It is currently possible to obtain superabrasive particles with good working properties in composite matrices of various densities by adding these particles to the workpiece and using the SHS process, which serves as a heat source that causes plastic deformation of the matrix at such pressures and temperatures at which the diamond is in metastable state. A chemical system — a heat source — can either be a component of the matrix, or it can be located in close proximity to the matrix structure, in which a sufficient amount of heat is not released. In both cases, the matrix contains certain components that melt or soften under high temperature conditions that occur during SHS. Molten or softened materials are subjected to pressure to create a composite mass of a densified structure. Pressure is applied almost immediately after the completion of the SHS process. Superabrasive particles can be located depending on the need, for example, on the surface or in the upper layer, or uniformly throughout the volume of the resulting composite.

На суперабразивные частицы может быть нанесено однослойное или многослойное покрытие металлическим и/или керамическим материалом для закрепления их связи в структуре матрицы и, таким образом, для улучшения эффективности шлифования. A single-layer or multi-layer coating with metal and / or ceramic material can be applied to the superabrasive particles to fix their bonds in the matrix structure and, thus, to improve grinding efficiency.

В результате настоящего изобретения сведена к минимуму или имеет незначительную величину графитизация алмазного суперабразива, в результате которой ухудшаются свойства частиц или ослабляется связь в структуре матрицы, поскольку высокотемпературная реакция заканчивается в течение очень короткого периода. Более того, несмотря на частые проверки, при обычных технологиях производства шлифовального инструмента с алмазными частицами, на алмазных частицах возникает точечная коррозия, когда они помещаются и нагреваются в контакте с титаном или другим компонентом матрицы из переходного металла из-за реакции между углеродом и металлом, такая коррозия алмазных частиц и возникающее при этом ухудшение прочности частиц сведены к минимуму, и практически больше не существует проблем, связанных с этим явлением, поскольку очень небольшая часть углерода переходит из алмаза в металл в течение того очень короткого времени, за которое проходит формирование карбида. As a result of the present invention, the graphitization of a diamond superabrasive is minimized or has a small value, as a result of which the properties of the particles deteriorate or the bond in the matrix structure is weakened, since the high-temperature reaction ends in a very short period. Moreover, despite frequent checks, with conventional technologies for the production of grinding tools with diamond particles, pitting occurs on diamond particles when they are placed and heated in contact with titanium or another component of a transition metal matrix due to the reaction between carbon and metal, such corrosion of diamond particles and the resulting deterioration in the strength of the particles are minimized, and there are practically no more problems associated with this phenomenon, since a very small part of the carbon but it passes from diamond to metal during that very short time during which carbide formation takes place.

Более того, в результате настоящего изобретения, графитизация алмазных частиц проходит, в весьма не существенной степени, даже если они нагреваются в контакте с такими активно вызывающими графитизацию металлами, как Fe, Ni или Co, применяемыми в качестве материала основы или заполнителя, или других компонентов матрицы, поскольку процесс такой реакции длится в течение очень короткого времени, как описано выше. По-видимому, это происходит благодаря тому, что время нагрева для алмаза является в достаточной степени коротким, а также благодаря формированию пленки TiC на алмазных частицах, которая служит в качестве барьера для диффузии углерода и атомов металла группы железа. Moreover, as a result of the present invention, the graphitization of diamond particles proceeds to a very insignificant degree, even if they are heated in contact with such graphitizing metals such as Fe, Ni or Co, used as a base material or aggregate, or other components matrices, since the process of such a reaction lasts for a very short time, as described above. Apparently, this is due to the fact that the heating time for diamond is sufficiently short, and also due to the formation of a TiC film on diamond particles, which serves as a barrier to the diffusion of carbon and metal atoms of the iron group.

Максимальная температура материалов, получаемая в процессе СВС, может быть с достаточной точностью оценена с помощью температуры адиабатического горения для формирования компаунда. В случае, если оценка значения температуры значительно превышает 2000^oC, концентрация материала СВС должна быть уменьшена с помощью компонентов, нейтральных по отношению к процессу для того, чтобы предотвратить переход суперабразива в соответствующую полиморфную модификацию низкого давления.The maximum temperature of materials obtained in the SHS process can be estimated with sufficient accuracy using the adiabatic combustion temperature to form a compound. If the estimate of the temperature is significantly higher than 2000 ^o C, the concentration of the SHS material should be reduced using components that are neutral with respect to the process in order to prevent the superabrasive from transitioning to the corresponding polymorphic low-pressure modification.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано изменение объемной плотности формируемой заготовки, по отношению к пропорции компонента TiAl, используемого при изготовлении композита TiC/TiAl по способу настоящего изобретения;
На фиг. 2 показаны изменения с течением времени температуры экземпляра и давления пресса в случае композитного компакта, содержащего 20 мол. процентов алмазных частиц;
На фиг. 3 представлено схематическое изображение пресс-формы, использовавшейся в примерах; а также
На фиг. 4 представлено изменение измеряемой температуры заготовки и приложенного давления в Примере 1 по отношению ко времени с момента воспламенения.Brief Description of the Drawings
In FIG. 1 shows a change in bulk density of a formed preform relative to the proportion of the TiAl component used in the manufacture of the TiC / TiAl composite according to the method of the present invention;
In FIG. 2 shows the changes over time of the temperature of the instance and the pressure of the press in the case of a composite compact containing 20 mol. percent diamond particles;
In FIG. 3 is a schematic illustration of the mold used in the examples; and
In FIG. 4 shows the change in the measured temperature of the workpiece and the applied pressure in Example 1 with respect to the time from the moment of ignition.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Авторы изобретения обнаружили, что, хотя состав продукта в определенной степени может зависеть от величины температуры, когда суперабразивы преобразуются под воздействием интенсивного нагрева в полиморфную модификацию низкого давления, в большей степени на этот процесс влияет длительность воздействия на материал температуры. Действительно, как наблюдали авторы изобретения, алмазные частицы, если они содержались в СВС смеси и нагревались до температуры 2000^oC и выше в течение нескольких секунд для получения компакта, получали весьма несущественное ухудшение механических свойств, несмотря на их чувствительность, которая даже выше, чем у нитрида бора в полиморфных модификациях высокого давления.Preferred Embodiment
The inventors have found that, although the composition of the product to a certain extent may depend on the temperature, when superabrasives are converted under the influence of intense heating into a polymorphic low-pressure modification, the duration of exposure of the material to a greater extent affects this process. Indeed, as the inventors observed, diamond particles, if they were contained in the SHS mixture and heated to a temperature of 2000 ^° C or higher for several seconds to obtain a compact, received a very slight deterioration in mechanical properties, despite their sensitivity, which is even higher than boron nitride in polymorphic high-pressure modifications.

Однако для обеспечения хорошего воспроизводства подобного эффекта необходимо применять формулу смеси, которая не приведет к не слишком высокой температуре, либо регулировать как максимальную получаемую температуру в зоне реакции, так и длительность воздействия такой температуры с помощью подмешивания в композицию нейтральных ингредиентов, уменьшающих концентрацию. В частности, предпочтительное время воздействия должно быть меньше одной секунды для температуры 2000^oC и выше и меньше чем пять секунд для температуры от 2000^oC до 1800^oC.However, to ensure good reproduction of such an effect, it is necessary to apply the formula of the mixture, which will not lead to a not too high temperature, or to regulate both the maximum temperature obtained in the reaction zone and the duration of exposure to this temperature by mixing neutral concentration-reducing ingredients into the composition. In particular, the preferred exposure time should be less than one second for a temperature of 2000 ^° C. and higher and less than five seconds for a temperature of 2000 ^° C. to 1800 ^° C.

В настоящем изобретении исходные материалы помещаются в реакционной установке, заранее сформированными в основном в виде заготовок. Обжигаемый продукт, в общем случае, представляет собой твердое вещество, в особенности это справедливо в случае, когда на поверхности композита, которую в последующем необходимо будет дополнительно обрабатывать, имеются алмазные частицы, таким образом, важно сформировать заготовку в форме, как можно более близкой к конечной форме, с учетом возможного уменьшения размеров в течение процесса. В случае изготовления инструментов для правки шлифовальных кругов, заготовка должна быть сформирована в пресс-форме, в готовой конечной конфигурации, или в качестве альтернативы, вначале формируется цилиндрическая или призматическая заготовка, обрабатывается до придания необходимой формы, а затем подвергается процессу СВС. Более того, суперабразивные частицы могут быть внедрены в уже сформированную заготовку с помощью нанесения и распределения частиц в пресс-форме на соответствующей поверхности, куда затем помещается матричная композиция, а затем все это спрессовывается. In the present invention, the starting materials are placed in the reaction unit, pre-formed mainly in the form of blanks. The product to be fired is generally a solid, in particular this is true when there are diamond particles on the surface of the composite, which will subsequently need to be further processed, so it is important to form the workpiece in a shape as close as possible to final form, taking into account a possible reduction in size during the process. In the case of manufacturing tools for dressing grinding wheels, the workpiece should be formed in the mold, in the finished final configuration, or alternatively, a cylindrical or prismatic workpiece is first formed, processed to give the necessary shape, and then subjected to the SHS process. Moreover, superabrasive particles can be incorporated into an already formed preform by applying and distributing the particles in the mold on the corresponding surface, where the matrix composition is then placed, and then all this is compressed.

Формируемая заготовка помещается в корпус для прессования, в котором также имеется воспламенитель (обычно графитовый или металлический нагреватель). Для прессования могут применяться различные стандартные механические системы, такие, как формовочное прессование, горячее прессование и горячее изостатическое прессование. Матрицы, основанные на нитридах, могут быть получены с использованием систем, изолированных от воздуха, таких, как пресс-форма, помещенная в герметичный контейнер, внутри которого обеспечена атмосфера азота. Другие продукты с более компактной структурой могут быть получены посредством выполнения процесса в вакууме, обеспечивая, таким образом, удаление газов, выделяемых в течение процесса. Восстанавливающая атмосфера водорода или СО эффективно предотвращает ухудшение свойств матрицы благодаря формированию оксида. The preform to be formed is placed in a pressing case, which also has an igniter (usually a graphite or metal heater). Various standard mechanical systems can be used for pressing, such as molding pressing, hot pressing and hot isostatic pressing. Nitride-based matrices can be prepared using systems insulated from air, such as a mold placed in an airtight container inside which a nitrogen atmosphere is provided. Other products with a more compact structure can be obtained by performing the process in a vacuum, thus ensuring the removal of gases released during the process. The reducing atmosphere of hydrogen or CO effectively prevents the deterioration of the properties of the matrix due to the formation of oxide.

Заготовка помещается в прессовальную систему и воспламеняется с помощью включения нагревателя без подвода давления или с небольшим давлением. Готовая, пригодная для горения, порошковая смесь может быть помещена в качестве воспламеняющего материала между заготовкой и нагревателем. The workpiece is placed in the press system and ignited by turning on the heater without applying pressure or with a small pressure. A ready-to-use, combustible powder mixture may be placed as a flammable material between the workpiece and the heater.

В случае, если сама матричная композиция используется в качестве основного источника тепла, прессование для сжатия композиции начинается сразу после окончания горения, когда волна в достаточной степени достигает конца, противоположного по отношению к начальной точке, и весь материал в достаточной степени нагревается, и это давление поддерживается до тех пор, пока материал не остынет до температуры ниже 800^oC. Задержка во времени между нагревом и сжатием необходима для обеспечения волны горения, которая распространяется существенно медленно и даже с трудом в плотной массе заготовки. В этом контексте предпочтительно, чтобы при формировании исходной композиции заготовок, которые будут подвергнуты СВС процессу, ее плотность составляла бы 75% или меньше теоретического значения конечного продукта. Однако, в независимости от этого, если нагрев производится с помощью сгорания вещества в непосредственной близости от матричной композиции, последняя должна быть сжата до наиболее возможной плотности для получения максимальной теплопроводности вещества.If the matrix composition itself is used as the main heat source, pressing to compress the composition begins immediately after burning, when the wave sufficiently reaches the end opposite to the starting point, and all the material heats up sufficiently, and this pressure is maintained as long as the material has cooled to a temperature below 800 ^o C. the time lag between the heating and compression is needed to ensure combustion wave that propagates substantially SLOW continuously or even in hard dense mass of the preform. In this context, it is preferable that when forming the initial composition of the blanks that will be subjected to the SHS process, its density would be 75% or less of the theoretical value of the final product. However, regardless of this, if heating is carried out by burning a substance in the immediate vicinity of the matrix composition, the latter should be compressed to the highest possible density to obtain the maximum thermal conductivity of the substance.

Могут применяться прессовальные системы типа поршень/цилиндр, который, например, содержат пресс-формы, изготовленные из обычного или термостойкого металла или керамического материала, в которой помещается заготовка порошковой смеси и производится СВС процесс. Такие простые технические решения доступны для коммерческого использования: заготовка помещается в пресс типа поршень/цилиндр. Press systems of the piston / cylinder type can be used, which, for example, contain molds made of ordinary or heat-resistant metal or ceramic material in which the powder mixture is placed and the SHS process is performed. Such simple technical solutions are available for commercial use: the workpiece is placed in a piston / cylinder press.

Хотя заготовка может подвергаться давлению непосредственно в металлической пресс-форме, использование формовочного песка в качестве прессовальной среды вокруг заготовки создает псевдо-HIP систему, которая создает близкое к изостатическому давление и, таким образом, в ней можно изготавливать твердые формы. Although the preform can be pressured directly in the metal mold, the use of foundry sand as the compression medium around the preform creates a pseudo-HIP system that creates near-isostatic pressure and, thus, it is possible to produce solid molds in it.

Более предпочтительны системы горячего прессования, нагреватель которых может быть использован как дополнительный источник тепла, позволяя таким образом применять матричные композиции с низким уровнем выделения тепла. Нагревательное оборудование может также использоваться для инициализации горения. Hot pressing systems are preferable, the heater of which can be used as an additional heat source, thus allowing the use of matrix compositions with a low level of heat generation. Heating equipment can also be used to initiate combustion.

В качестве альтернативной прессовальной технологии может использоваться система HIP. Заготовка заворачивается в фольгу из металла с высокой температурой плавления, которая затем косвенно нагревается с помощью СВС процесса; по завершении горения, для равномерной передачи давления со всех сторон на заготовку подается сжатый газ, с давлением около 10-100 МПа, что является достаточным, поскольку не происходит потерь давления при его передаче. Выражая обобщенными терминами, сформованная масса помещается в герметичную обертку, которая дегазирована и запаяна. Затем она подвергается воздействию СВС процесса в установке, содержащей выделяющую тепло композицию (или химическую печь). Подобный подходящий нагреватель может быть использован в системе дополнительно, он может также служить в качестве воспламенителя. As an alternative pressing technology, a HIP system can be used. The preform is wrapped in a metal foil with a high melting point, which is then indirectly heated by the SHS process; upon completion of combustion, for uniform pressure transmission from all sides, compressed gas is supplied to the workpiece with a pressure of about 10-100 MPa, which is sufficient since there is no pressure loss during its transmission. Expressed in general terms, the molded mass is placed in a sealed wrapper that is degassed and sealed. Then it is exposed to the SHS process in an installation containing a heat-generating composition (or chemical furnace). A similar suitable heater can be used in the system additionally, it can also serve as an igniter.

В композитах, в соответствии с настоящим изобретением, суперабразивные частицы алмаза или кубического нитрида бора могут содержаться в керамической и/или металлической матрице и, в частности, в фазе, которая будет расплавлена или размягчена в течение процесса. Они могут содержаться либо прямо на поверхности или в верхних слоях в области, соответствующей рабочей поверхности, либо равномерно по всему объему. Это может быть достигнуто добавлением суперабразивных частиц при смешивании порошков исходных материалов, либо распределением частиц заранее на поверхности пресс-формы, например, на этапе формирования заготовки в окончательном виде. Подобные технологии могут использоваться для производства абразивов и других износоустойчивых материалов. In the composites in accordance with the present invention, superabrasive particles of diamond or cubic boron nitride can be contained in a ceramic and / or metal matrix and, in particular, in a phase that will be melted or softened during the process. They can be contained either directly on the surface or in the upper layers in the area corresponding to the working surface, or evenly throughout the volume. This can be achieved by adding superabrasive particles when mixing the powders of the starting materials, or by distributing the particles in advance on the surface of the mold, for example, at the stage of forming the preform in the final form. Similar technologies can be used to produce abrasives and other wear-resistant materials.

При изготовлении заготовок с суперабразивными частицами между заготовкой и формовочным песком помещается фольга, или лист тугоплавкого металла, или лист графита для предотвращения загрязнения алмаза возможными примесями, содержащимися в песке. Предпочтительно также, чтобы металлическая или керамическая масса с хорошей теплопроводностью и с высокой теплоемкостью была бы помещена в контакте либо без непосредственного контакта, но на близком расстоянии к суперабразивной поверхности так, чтобы обеспечивалась возможность отвода части тепла, и суперабразив был бы хорошо защищен от перегрева и возникающего в результате перехода алмаза и кубического нитрида бора в фазы низкого давления. In the manufacture of workpieces with superabrasive particles, a foil or a sheet of refractory metal or a sheet of graphite is placed between the workpiece and foundry sand to prevent contamination of the diamond with possible impurities contained in the sand. It is also preferable that a metal or ceramic mass with good thermal conductivity and high heat capacity be placed in contact or without direct contact, but at a close distance to the superabrasive surface so that part of the heat can be removed and the superabrasive is well protected from overheating and arising from the transition of diamond and cubic boron nitride to low pressure phases.

В композитах, описываемых в настоящем изобретении, матрица, предназначенная для закрепления суперабразива, а также основа могут содержать карбиды, нитриды, бориды и/или сплавы или интерметаллические компаунды определенного набора необходимых металлов, включая титан и никель. In the composites described in the present invention, the matrix intended for fixing the superabrasive material, as well as the base, may contain carbides, nitrides, borides and / or alloys or intermetallic compounds of a certain set of necessary metals, including titanium and nickel.

Авторы изобретения обнаружили, что функционирование износоустойчивых материалов или шлифовальных и, в частности, режущих инструментов может быть в лучшей степени обеспечено с помощью повышения связи частиц со структурой матрицы с помощью того, что они заранее покрываются материалом, способным формировать химические связи как с матрицей, так и с суперабразивом. The inventors have found that the functioning of wear-resistant materials or grinding and, in particular, cutting tools can be better achieved by increasing the bond of particles with the matrix structure by the fact that they are pre-coated with a material capable of forming chemical bonds with both the matrix and and with a superabrasive.

Для композитов, содержащих суперабразивы, выполненных с помощью СВС процесса, как описывается в настоящем изобретении, некоторые матричные композиции не позволяют достичь ожидаемых функциональных качеств продукта из-за недостаточной связи с матрицей, даже если суперабразив в достаточной степени свободен от частиц, поврежденных в процессе нагрева. По-видимому, такая недостаточная связь с матрицей имеет причины принципиального характера из-за недостаточного количества точек химических связей между матрицей и суперабразивом. В случае, когда в матрицу примешивается, например, порошок переходного металла, каждая из частиц не всегда полностью покрывается металлом. Кроме того, короткое время нагрева, порядка нескольких секунд, как описано выше, не позволяет получить достаточную степень диффузии металла в структуру и покрытия частиц. For composites containing superabrasives made using the SHS process, as described in the present invention, some matrix compositions do not allow to achieve the expected functional qualities of the product due to insufficient bonding with the matrix, even if the superabrasive is sufficiently free of particles damaged during heating . Apparently, such an insufficient connection with the matrix has fundamental reasons due to the insufficient number of chemical bond points between the matrix and the superabrasive. In the case where, for example, a transition metal powder is mixed in the matrix, each of the particles is not always completely coated with metal. In addition, a short heating time, of the order of several seconds, as described above, does not allow to obtain a sufficient degree of diffusion of the metal into the structure and coating of particles.

Материалы покрытия, пригодные для улучшения связи с матрицей суперабразивов, включают Si, Ti, Cr, Mo, W и другие металлы четвертой, пятой и шестой групп Периодической таблицы, а также карбиды, нитриды и бориды переходных металлов. Последние могут наноситься с помощью осаждения из парообразного состояния, CVD и других стандартных технологий. Coating materials suitable for improving bonding with the matrix of superabrasives include Si, Ti, Cr, Mo, W and other metals of the fourth, fifth and sixth groups of the Periodic Table, as well as carbides, nitrides and borides of transition metals. The latter can be applied using vapor deposition, CVD, and other standard technologies.

В то время как металл, нанесенный на суперабразив, может быть преобразован, по крайней мере частично, в компаунд, и таким образом получается прочная адгезия между металлом и углеродом в условиях высокой температуры, возникающей при процессе СВС, предпочтительно, чтобы компаунд был сформирован заранее, до начала СВС процесса. Например, алмазные частицы могут быть покрыты вначале пленкой Ti с помощью осаждения в вакууме, с последующим нагреванием в атмосфере аргона или в глубоком вакууме до температуры 800^oC для создания слоя TiC. При этом нет необходимости в полном преобразовании пленки, но вполне достаточно, чтобы TiC формировался только на поверхности, контактирующей с суперабразивом. Частицы не следует нагревать для формирования карбида до высокой температуры на слишком длительное время, поскольку они подвергаются при этом коррозии, формируя тем самым вакансии или полости в частицах и, таким образом, уменьшая адгезию между покрытием и субстратом, как результат диффузии атомов углерода в металл на краях. Тепловая обработка, проводимая в атмосфере азота, может приводить к образованию пленки TiN на поверхности алмазного субстрата.While the metal deposited on the superabrasive can be converted, at least in part, to a compound, and thus, strong adhesion between the metal and carbon under high temperature conditions resulting from the SHS process is obtained, it is preferable that the compound be formed in advance, before the start of the SHS process. For example, diamond particles can be coated first with a Ti film by vacuum deposition, followed by heating in an argon atmosphere or in high vacuum to a temperature of 800 ^° C. to create a TiC layer. In this case, there is no need for a complete transformation of the film, but it is sufficient that TiC is formed only on the surface in contact with the superabrasive. Particles should not be heated to form a carbide to a high temperature for too long, since they corrode in this way, thereby forming vacancies or cavities in the particles and, thus, reducing adhesion between the coating and the substrate, as a result of the diffusion of carbon atoms into the metal by the edges. Heat treatment carried out in a nitrogen atmosphere can lead to the formation of a TiN film on the surface of the diamond substrate.

С другой стороны, субстрат на основе нитрида бора в полиморфной модификации высокого давления может быть покрыт нитридом или боридом с помощью нанесения переходного металла и последующего нагревания. On the other hand, a boron nitride-based substrate in a high pressure polymorphic modification may be coated with nitride or boride by applying a transition metal and subsequent heating.

Металлические покрытия алмазного субстрата на основе Mo или W эффективно улучшают адгезию суперабразива с матрицей. В то время как покрытие и субстрат прочно соединяются с помощью промежуточного слоя карбида, металлическое покрытие в лучшей степени смачивает поверхность матрицы, чем алмазного субстрата, что эффективно предотвращает агломерацию на этапе появления в матрице расплавленной фазы, в результате чего, с помощью перераспределения частиц, достигается структура с равномерным распределением суперабразива. Этот эффект более заметен с абразивными частицами малых размеров. Mo и W могут использоваться в виде их сплава. Mo or W-based diamond substrate metal coatings effectively improve the adhesion of the superabrasive to the matrix. While the coating and substrate are firmly bonded with an intermediate carbide layer, the metal coating wetts the surface of the matrix to a better degree than the diamond substrate, which effectively prevents agglomeration during the appearance of the molten phase in the matrix, as a result of which, through the redistribution of particles, it is achieved structure with uniform distribution of superabrasive. This effect is more noticeable with small abrasive particles. Mo and W can be used as their alloy.

Суперабразив может покрываться сплавом переходных металлов. Когда алмазные частицы покрываются сплавом на основе Ni или Co, содержащим Ti, Cu или Al, между алмазом и покрытием возникает прочная адгезия с помощью TiC, а между частицами и матрицей - с помощью металлического компонента покрытия. The superabrasive can be coated with an alloy of transition metals. When diamond particles are coated with a Ni or Co-based alloy containing Ti, Cu or Al, strong adhesion with TiC occurs between the diamond and the coating, and with the metal component of the coating between the particles and the matrix.

Второй слой покрытия с помощью металлического материала, содержащего Cu, наносимый поверх выше описанного первого металлического покрытия, улучшает адгезию с матрицей, на которую воздействует металл Cu или сплав. При этом также подавляется переход суперабразивных частиц субстрата в полиморфные модификации низкого давления в связи с эффективным предотвращением локального выделения тепла во время процесса СВС. The second coating layer by means of a metal material containing Cu, applied on top of the above-described first metal coating, improves adhesion to the matrix, which is affected by the Cu metal or alloy. At the same time, the transition of superabrasive particles of the substrate into polymorphic low-pressure modifications is also suppressed due to the effective prevention of local heat generation during the SHS process.

Такой второй слой металлического покрытия может быть обеспечен с помощью различных стандартных технологий: нанесение металла с помощью электрогальванического покрытия, химический способ, нанесение с помощью паров металла или с помощью нанесения компаунда соответствующего металла с последующим разложением его с образованием металла. Такие технологии описаны в публикации "Адгезия алмаза и стекла, а также твердая пайка алмаза" ("Adhesion of diamond and glass, and brazing of diamond"), авторов Найдыч Ю.Б. и др., 1988, Наукова Думка. Such a second layer of a metal coating can be provided using various standard technologies: applying a metal using electroplating, a chemical method, applying using metal vapor or applying a compound of the corresponding metal, followed by its decomposition to form a metal. Such technologies are described in the publication “Adhesion of diamond and glass, and brazing of diamond”, authors Naidych Yu.B. et al., 1988, Naukova Dumka.

Адгезия между первым и вторым металлическими покрытиями необязательно должна быть полной, поскольку прочная адгезия обеспечивается расплавленным металлом, образуемым во втором покрытии, в условиях высокой температуры в процессе СВС, который заполняет полости. The adhesion between the first and second metal coatings does not need to be complete, since strong adhesion is provided by the molten metal formed in the second coating under high temperature conditions in the SHS process, which fills the cavities.

Однако логично подвергать тепловой обработке абразивные частицы с нанесенным на них покрытием, которые добавляются в матричную композицию, таким образом, заранее формируя слой сплава первого и второго покрывающих металлов в интерфейсе, служащем для повышения их адгезии. Такая обработка может также вызывать текучесть компаунда между абразивным субстратом и первым металлическим покрытием, при этом достигается прочная адгезия, основанная на химических связях в интерфейсе между абразивным субстратом, первым и вторым металлическими покрытиями посредством одиночного цикла тепловой обработки. However, it is logical to heat-treat abrasive particles coated on them, which are added to the matrix composition, thereby pre-forming an alloy layer of the first and second coating metals in the interface, which serves to increase their adhesion. Such treatment can also cause the fluid to flow between the abrasive substrate and the first metal coating, while achieving strong adhesion based on chemical bonds at the interface between the abrasive substrate, the first and second metal coatings through a single heat treatment cycle.

Известно, что графитизация алмаза ускоряется в присутствии кислорода, что в большей степени заметно по отношению к частицам малого размера. В этом контексте металлическое покрытие обеспечивает сохранение суперабразивных свойств, эффективно блокируя ускорение графитизации и уменьшая возможные локальные повреждения частиц, из-за избыточного выделения тепла при высоких температурах. Однако в настоящем изобретении оказалось возможным применять алмазные частицы очень малых размеров, менее 5 мкм, для изготовления обжигаемых с помощью процесса СВС компактов, в конечном счете, для замены процесса с использованием сверхвысокого давления при производстве некоторых обычных продуктов. Хотя суперабразивные частицы, используемые в настоящем изобретении, должны иметь номинальный или средний размер больше 1 мкм, предпочтительно, чтобы они были размером пять микрон или больше. В результате применения частиц, имеющих размеры менее 1 мкм, получаются продукты с недостаточной износоустойчивостью, поскольку они слишком активны и слишком чувствительны к окружающей температуре и могут легко перейти в более стабильную фазу в течение СВС процесса. It is known that diamond graphitization is accelerated in the presence of oxygen, which is more noticeable with respect to small particles. In this context, the metal coating ensures the preservation of superabrasive properties, effectively blocking the acceleration of graphitization and reducing possible local damage to particles due to excessive heat at high temperatures. However, in the present invention, it was possible to use diamond particles of very small sizes, less than 5 microns, for the manufacture of compacts fired by the SHS process, ultimately, to replace the process using ultrahigh pressure in the production of some common products. Although the superabrasive particles used in the present invention should have a nominal or average size greater than 1 μm, it is preferred that they be five microns or larger. As a result of the use of particles having sizes less than 1 μm, products with insufficient wear resistance are obtained, since they are too active and too sensitive to ambient temperature and can easily go into a more stable phase during the SHS process.

Добавка в матрицу компаунда, формирующего водород, такого, как TiH₂, оказалась эффективной для предотвращения ухудшения свойств частиц и снижения адгезии к матрице, вызываемого окислением металла покрытия присутствующим кислородом. Однако существует ограничение по отношению к подобным добавкам, поскольку эти компаунды являются нейтральными по отношению к процессу СВС. Адекватные пропорции находятся приблизительно между 0,2 и 15 весовыми процентами и предпочтительно от 1 до 5% веса матричной композиции.The addition of a hydrogen-forming compound to the matrix, such as TiH ₂ , has been found to be effective in preventing particle deterioration and reducing adhesion to the matrix caused by oxidation of the coating metal by the oxygen present. However, there is a limitation with respect to such additives, since these compounds are neutral with respect to the SHS process. Adequate proportions are between about 0.2 and 15 weight percent and preferably from 1 to 5% by weight of the matrix composition.

Иногда износоустойчивые материалы могут удовлетворять требованиям, которые могут быть выполнены посредством нанесения на рабочую поверхность одного слоя суперабразивных частиц, поскольку обычно требуется обеспечение износоустойчивости только на поверхности, и в противоположность этому требуется, чтобы вся деталь инструмента могла подвергаться обработке с заданным минимальным допустимым отклонением. Однако подобное размещение абразива только на поверхности обеспечивает недостаточно длительный срок службы при применении для шлифования. Однако конструкции, которые имеют умеренную толщину под рабочей поверхностью, могут обеспечивать хорошо работающий абразивный материал, посредством выполнения деталей в этой части, состоящей из двух структур, первая из них, находящаяся в контакте с рабочей поверхностью, выполняется износоустойчивой путем введения не имеющих покрытия или с металлическим покрытием суперабразивных частиц, и вторая, которая расположена дальше от рабочей поверхности, состоящей из той же композиции, что и матрица, но не содержащая суперабразив, которая служит для усиления первой структуры. Wear-resistant materials can sometimes satisfy the requirements that can be met by applying a single layer of superabrasive particles to the working surface, since wear resistance is usually required only on the surface, and in contrast, it is necessary that the entire tool part can be processed with a given minimum tolerance. However, such placement of the abrasive only on the surface provides an insufficiently long service life when used for grinding. However, structures that have a moderate thickness under the work surface can provide a well-functioning abrasive material, by making parts in this part consisting of two structures, the first of which is in contact with the work surface is wear-resistant by introducing uncoated or with metal coating of superabrasive particles, and the second, which is located further from the working surface, consisting of the same composition as the matrix, but not containing superabrasive, which serves t for amplification of the first structure.

В настоящем изобретении значительное повышение температуры во время процесса СВС, в результате чего возникает ухудшение свойств частиц, эффективно снижается или блокируется с помощью добавления в исходный материал определенных стабильных компонентов, а также сгораемых компонентов, снижающих концентрацию. С той же целью суперабразивные частицы, которые являются нейтральными по отношению к процессу СВС, вместе с такими стабильными продуктами реакции, как карбиды, нитриды, бориды и оксиды, служат как компонент, эффективно снижающий концентрацию. При этом может быть обеспечена как хорошая связь суперабразива с матрицей, так и сохранение его свойств, поскольку возможный перегрев рабочей поверхности эффективно предотвращается, посредством распределения частиц таким образом, что суперабразив содержится в основном в поверхностном слое и его концентрация, например, последовательно снижается по направлению к субстрату. In the present invention, a significant increase in temperature during the SHS process, resulting in a deterioration in particle properties, is effectively reduced or blocked by the addition of certain stable components as well as combustible concentration-reducing components to the starting material. For the same purpose, superabrasive particles that are neutral with respect to the SHS process, together with such stable reaction products as carbides, nitrides, borides and oxides, serve as a component that effectively reduces concentration. In this case, both good bonding of the superabrasive and the matrix can be ensured, as well as the preservation of its properties, since possible overheating of the working surface is effectively prevented by distributing particles so that the superabrasive is contained mainly in the surface layer and its concentration, for example, decreases gradually in the direction to the substrate.

Керамика на основе карбида титана и сплав TiAl пригодны для использования в качестве материалов для образования каркасной структуры и заполнения полостей соответственно, для нанесения композита в соответствии с настоящим изобретением на алмазосодержащий композит. Алмазные частицы имеют прочное химическое соединение с матрицей благодаря TiC, который формируется на поверхности частиц. Это не только увеличивает срок службы, который определяется вырыванием частиц, но также частицы могут получить прочную адгезию с неглубоким проникновением в матрицу, даже в случае плоского соединения с небольшим проникновением, до значения, при котором рабочая поверхность может быть практически полностью покрыта только алмазными частицами, либо между частицами может быть обеспечено значительное пространство, необходимое для удаления шлифуемого материала или прохода охлаждающей жидкости, что необходимо для обеспечения хорошей производительности. Для целей настоящего изобретения, для производства режущих и шлифующих частей инструментов, таких, как лезвия и абразивные элементы, в матричную композицию добавляется материал более хрупкий, чем основные компоненты. Такие компоненты могут содержать оксиды алюминия, магния и другие компаунды с высокой температурой плавления. Они ломаются и выталкиваются при использовании под нагрузкой, формируя сколотые выемки, способствуя, тем самым, блокированию снижения производительности шлифования, вызываемого нагрузкой. Вместо углерода, как описано выше, применяется порошкообразный бор в случае, когда в качестве основного компонента матрицы используется компаунд Ti-B. Одновременно с TiB₂ в этом случае снова формируется TiC в интерфейсе между матрицей и алмазными частицами, что эффективно способствует повышению адгезии абразивных частиц с матрицей.Titanium carbide-based ceramics and TiAl alloys are suitable as materials for forming a frame structure and filling cavities, respectively, for applying a composite in accordance with the present invention to a diamond-containing composite. Diamond particles have a strong chemical bond with the matrix due to TiC, which is formed on the surface of the particles. This not only increases the service life, which is determined by the tearing of particles, but also particles can obtain strong adhesion with shallow penetration into the matrix, even in the case of a flat connection with a small penetration, to a value at which the working surface can be almost completely covered only with diamond particles, or between the particles, a significant space can be provided, necessary to remove the material to be ground or coolant passage, which is necessary to ensure good production loneliness. For the purposes of the present invention, for the production of cutting and grinding parts of tools, such as blades and abrasive elements, a material more fragile than the main components is added to the matrix composition. Such components may contain aluminum oxides, magnesium and other compounds with a high melting point. They break and are pushed out when used under load, forming chipped notches, thereby contributing to blocking the reduction in grinding performance caused by the load. Instead of carbon, as described above, powdered boron is used when the Ti-B compound is used as the main component of the matrix. Simultaneously with TiB _2, in this case, TiC is again formed at the interface between the matrix and diamond particles, which effectively helps to increase the adhesion of abrasive particles to the matrix.

Металлические покрытия, описанные выше, имеют соответственно толщину в пределах от 1 до 20% включительно, от величины среднего размера частиц суперабразива, на который наносится покрытие. Слишком тонкие покрытия, тоньше 1%, дают незначительный эффект, в то время как относительная толщина больше 20% среднего размера частиц заметно влияет на их свойства, проявляя свойства самого металла покрытия, что приводит к снижению связи с матрицей, и уменьшает механическую прочность частицы в целом. The metal coatings described above have correspondingly thicknesses ranging from 1 to 20% inclusive of the average particle size of the superabrasive to which the coating is applied. Too thin coatings, finer than 1%, have a negligible effect, while the relative thickness of more than 20% of the average particle size significantly affects their properties, exhibiting the properties of the coating metal itself, which leads to a decrease in bond with the matrix and reduces the mechanical strength of the particle in whole.

Содержание в матрице суперабразивных частиц с покрытием существенно зависит как от области их применения, так и от температурных условий формирования матрицы. Например, для производства шлифовального инструмента адекватным является содержание абразива от 5 до 20 объемных процентов, причем температурные условия, необходимые для обжига компакта, могут быть получены с помощью нормального СВС процесса при условии правильно выбранного состава матрицы. С другой стороны, при производстве режущих инструментов необходимо содержание выше 40%. Требования к выделению тепла могут быть обеспечены размещением суперабразивных частиц в таких концентрациях только на поверхности, соответствующей поверхности, при этом остальная часть представляет собой СВС матрицу. Либо компакт выполняется в виде двух отдельных заготовок, одна из которых представляет собой часть, соответствующую рабочей поверхности, и содержит более 40 объемных процентов суперабразивных частиц, добавленных к материалу матрицы, в то время как вторая содержит только материалы матрицы. Возможное в дальнейшем растрескивание, вызванное разницей температурного расширения в месте соединения содержащей суперабразив матрицы и не содержащей, может быть устранено с помощью помещаемого между ними буфера в виде промежуточной композиции, имеющей форму наклоненного функционального материала. В случае необходимости он может быть многослойным и включать несколько соединенных вместе элементов с последовательно изменяющимся составом от рабочей до поддерживающей детали. The content in the matrix of coated superabrasive particles substantially depends both on the field of their application and on the temperature conditions of the formation of the matrix. For example, for the production of a grinding tool, an abrasive content of 5 to 20 volume percent is adequate, and the temperature conditions necessary for firing the compact can be obtained using the normal SHS process provided that the matrix composition is correctly selected. In the manufacture of cutting tools, on the other hand, a content above 40% is required. The requirements for heat generation can be ensured by the placement of superabrasive particles in such concentrations only on the surface corresponding to the surface, while the rest is a SHS matrix. Or the compact is made in the form of two separate blanks, one of which is a part corresponding to the working surface, and contains more than 40 volume percent of superabrasive particles added to the matrix material, while the second contains only matrix materials. Possible further cracking caused by the difference in thermal expansion at the junction of the matrix containing the superabrasive and not containing it, can be eliminated using a buffer placed between them in the form of an intermediate composition in the form of an inclined functional material. If necessary, it can be multilayer and include several elements connected together with a sequentially varying composition from the working to the supporting part.

В случае матричной композиции с относительно высокой концентрацией суперабразива, что приводит к меньшему количеству выделяемого тепла, чем требуется для завершения процесса обжига, потребности в тепловой энергии могут быть удовлетворены с помощью размещения в непосредственной близости к матрице химической печи, или композиции, которая специально составлена для работы в качестве дополнительного источника тепла и способна компенсировать недостаток тепловой энергии, выделяемой в процессе реакции СВС. Эта химическая печь не находится в непосредственном контакте с основным материалом заготовки и может содержать обычно применяемые оксиды алюминия и железа. Поскольку при такой комбинации выделяется расплавленное железо, вместо нее, для продукта, для которого это не приемлемо, может применяться система TiC. В этой системе нет каких-либо проблем, связанных с плавлением, поскольку быстро формируются твердые частицы TiC, и в дальнейшем продукты реакции служат в качестве твердотельной среды передачи давления, создавая благоприятные псевдоизотропические условия в условиях высокой температуры. Таким образом, способ, описываемый в настоящем изобретении, основанный на процессе СВС с использованием химической печи, позволяет эффективно производить твердые материалы с содержанием суперабразивных частиц до 85 объемных процентов. Такая химическая печь может также использоваться для замедления охлаждения, с целью предотвращения возможного растрескивания в обжигаемом материале в результате тепловых стрессов. In the case of a matrix composition with a relatively high concentration of superabrasive material, which leads to less heat generated than is required to complete the firing process, the heat energy needs can be satisfied by placing a chemical furnace in the immediate vicinity of the matrix, or a composition that is specially formulated for works as an additional heat source and is able to compensate for the lack of thermal energy released during the SHS reaction. This chemical furnace is not in direct contact with the base material of the workpiece and may contain commonly used oxides of aluminum and iron. Since molten iron is released in this combination, a TiC system can be used instead of a product for which this is not acceptable. There are no melting problems in this system, since solid TiC particles are rapidly formed, and subsequently the reaction products serve as a solid-state pressure transmission medium, creating favorable pseudo-isotropic conditions at high temperatures. Thus, the method described in the present invention, based on the SHS process using a chemical furnace, allows efficiently producing solid materials with superabrasive particles up to 85 volume percent. Such a chemical furnace can also be used to slow down cooling, in order to prevent possible cracking in the calcined material as a result of thermal stresses.

Технология химической печи применяется не только для восполнения недостаточного выделения тепла, как описано выше, но также и в качестве единственного источника тепла, требуемого для процессов формирования и обжига продукта. Матричная композиция, основанная, например, на WC, SiC или B₄C, может производить недостаточно высокую для обжига температуру, из-за слишком малого количества выделяемого тепла в процессе СВС с соответствующими материалами, в то время как матрицы карбидов, нитридов, боридов, силицидов или других стабильных компаундов и других веществ, плавящихся при условиях, используемых для этого процессов, не производят такого интенсивного тепла, как при других СВС процессах. Для таких матриц формируется заготовка и помещается в пресс-форму, а композиция, поддерживающая СВС процесс, представляющая собой смесь порошков либо добавку к формовочному песку, помещается в непосредственной близости от нее, которая затем воспламеняется практически одновременно с заготовкой для того, чтобы восполнить нехватку тепла, требуемого для поддержания процесса. Такая химическая печь может использоваться в качестве вторичного источника тепла на этапе охлаждения заготовки с целью предохранить только что сформованную деталь от резкого охлаждения и возможного растрескивания продукта.Chemical kiln technology is used not only to make up for insufficient heat generation, as described above, but also as the only heat source required for product formation and firing processes. A matrix composition based, for example, on WC, SiC or B ₄ C, can produce a temperature that is not high enough for firing, due to too little heat generated during the SHS process with the corresponding materials, while matrices of carbides, nitrides, borides, silicides or other stable compounds and other substances that melt under the conditions used for this process do not produce such intense heat as with other SHS processes. For such matrices, a preform is formed and placed in the mold, and a composition supporting the SHS process, which is a mixture of powders or an additive to the molding sand, is placed in close proximity to it, which is then ignited almost simultaneously with the preform in order to compensate for the lack of heat required to sustain the process. Such a chemical furnace can be used as a secondary source of heat during the cooling of the workpiece in order to protect the newly formed part from sudden cooling and possible cracking of the product.

Для приготовления первого композитного продукта в соответствии с настоящим изобретением вначале готовится смесь порошков, содержащая материалы, формирующие керамику, такие, как металлический титан и углерод, а также алюминий или другой ингредиент, формирующий сплав с относительно низкой температурой плавления, титан и углерод, или титан и алюминий. Кроме того, он может содержать порошок необходимого суперабразива, такого, как алмазные частицы или частицы кубического нитрида бора. To prepare the first composite product in accordance with the present invention, a powder mixture is first prepared containing ceramic-forming materials such as titanium metal and carbon, as well as aluminum or another ingredient forming a relatively low melting point alloy, titanium and carbon, or titanium and aluminum. In addition, it may contain a powder of the necessary superabrasive, such as diamond particles or cubic boron nitride particles.

Смесь порошков помещается в пресс-форму, образуя заготовку с заданной геометрией, затем помещается в другую пресс-форму, имеющую определенный допуск вокруг нее, которая заполняется формовочным песком; в контакте с заготовкой на одном из ее концов помещается воспламенитель. A mixture of powders is placed in the mold, forming a preform with a given geometry, then placed in another mold having a certain tolerance around it, which is filled with molding sand; in contact with the workpiece, an igniter is placed at one of its ends.

Пресс-форма, загруженная, как описано выше, помещается в прессованную систему. Включается воспламенитель для инициализации горения заготовки без подведенного давления, либо при небольшом его значении. Через небольшой промежуток времени (несколько секунд) от начала процесса пресс-форма сжимается для формирования заготовки в расплавленном или полурасплавленном состоянии. The mold loaded as described above is placed in the pressed system. The igniter is switched on to initialize the burning of the workpiece without pressure applied, or with a small value. After a short period of time (several seconds) from the beginning of the process, the mold is compressed to form a workpiece in a molten or semi-molten state.

В соответствии с настоящим изобретением после этого производится уплотнение, при котором полости каркасной структуры заполняются металлической фазой. При этом можно отказаться от прессования, используя композицию материала, которая составлена таким образом, чтобы образовывать достаточный объем расплавленной фазы. Например, при производстве композитных систем Ti-Al-C, система обычно плавится, так как при СВС выделяется достаточное количество тепла для формирования сплава TiAl, температура плавления которого 1460^oC. Такое уплотнение происходит с помощью присутствующей расплавленной фазы, которая проникает в продукт.In accordance with the present invention, thereafter, a seal is made in which the cavities of the frame structure are filled with a metal phase. In this case, it is possible to refuse pressing using a composition of material that is designed in such a way as to form a sufficient volume of the molten phase. For example, in the production of Ti-Al-C composite systems, the system usually melts, since during SHS sufficient heat is generated to form a TiAl alloy, the melting point of which is 1460 ^o C. This compaction occurs using the present molten phase that penetrates the product.

Уровень уплотнения композитного продукта зависит от пропорции металлической фазы, содержащейся в исходных материалах. Так на фиг.1 представлены изменения объемной плотности продукта, теоретической и полученной на практике TiC/TiAl композита, содержащего TiAl. Давление на заготовку составляло 100 МПа. На чертеже представлено, что объемная плотность продукта, близкая к теоретическому значению, достигалась при концентрациях TiAl приблизительно от 30 до 80 мол. процентов. The compaction level of the composite product depends on the proportion of the metal phase contained in the starting materials. So figure 1 presents the changes in bulk density of the product, theoretical and practical obtained TiC / TiAl composite containing TiAl. The pressure on the workpiece was 100 MPa. The drawing shows that the bulk density of the product, close to the theoretical value, was achieved at concentrations of TiAl from about 30 to 80 mol. percent.

Для начала СВС процесса возможно применение различных обычных технологий. Например, электрорезистивный нагреватель или другой источник тепла помещается частично в непосредственном контакте с заготовкой, сформированной из смеси порошка, в частности, в ее центральной верхней части; помещение в контакте с заготовкой в ее центральной верхней части смеси порошков, которые затем воспламеняются для получения интенсивного выделения тепла, с помощью которого воспламеняется сам компакт; либо помещение подобного источника тепла в непосредственной близости вокруг заготовки и инициализации процесса синтеза с помощью подвода интенсивного тепла извне вокруг заготовки. Для систем, которые выделяют недостаточное количество тепла, эта смесь порошков используется в качестве вторичного источника тепла, как описано выше, которая снабжается отдельным основным воспламенителем и используется для инициализации горения. To start the SHS process, various conventional technologies can be used. For example, an electroresistive heater or other heat source is placed partially in direct contact with a preform formed from a powder mixture, in particular in its central upper part; placing in contact with the workpiece in its central upper part a mixture of powders, which are then ignited to produce intense heat, which ignites the compact itself; or placing a similar heat source in the immediate vicinity around the workpiece and initiating the synthesis process by supplying intense heat from outside around the workpiece. For systems that generate insufficient heat, this powder mixture is used as a secondary heat source, as described above, which is supplied with a separate primary igniter and is used to initiate combustion.

В настоящем изобретении получается структура, состоящая из твердых частиц, формируемых в процессе СВС и соединенных вместе. Разработана также технология для получения готовых спеченных композитных продуктов, которые до настоящего времени было трудно получить в виде плотных структур, состоящих из карбидов, нитридов или боридов, имеющих высокую температуру плавления, с помощью заполнения внутренних пор и полостей металлическим материалом. При производстве композитов с матрицей, например, на основе TiC могут смешиваться исходные материалы, состоящие из титана и углерода, с материалом заполнителя, выбранного из следующих металлов: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Zn, их сплавов и интерметаллических компаундов, таких, как Ti-Al, Ni-Al и Ti-Ni. In the present invention, a structure is obtained consisting of solid particles formed in the SHS process and connected together. A technology has also been developed to produce finished sintered composite products, which until now have been difficult to obtain in the form of dense structures consisting of carbides, nitrides, or borides having a high melting point by filling internal pores and cavities with metal material. In the manufacture of composites with a matrix, for example, based on TiC, starting materials consisting of titanium and carbon can be mixed with a filler material selected from the following metals: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn, their alloys and intermetallic compounds, such as Ti-Al, Ni-Al and Ti-Ni.

В настоящем изобретении для производства суперабразивного композита, например, с TiC матрицей к титану и углероду в качестве третьего ингредиента добавляется алюминий или никель, который расплавляется и проникает в каркасную структуру, состоящую, в основном, из карбида титана, сформированную в результате реакции между титаном и углеродом. Расплавленный сплав Ti-Al или Ti-Ni (каждый из них в виде интерметаллического компаунда) проникает и заполняет внутренние полости, образуя плотную структуру. In the present invention, for the production of a superabrasive composite, for example, with a TiC matrix, aluminum or nickel is added as the third ingredient to titanium and carbon, which melts and penetrates into the frame structure, consisting mainly of titanium carbide, formed as a result of the reaction between titanium and carbon. The molten alloy Ti-Al or Ti-Ni (each of them in the form of an intermetallic compound) penetrates and fills the internal cavities, forming a dense structure.

В приведенном выше описании сплавы Ti-Al и Ti-Ni имеют температуру плавления 1460^oC и 1330^oC соответственно по сравнению с TiC, который плавится при температуре 3070^oC. Таким образом, температуры, получаемые в процессе, достаточно высоки для плавления таких сплавов, как Ti-Al и Ti-Ni и недостаточны для TiC, что используется для уплотнения структуры с помощью накопления или проникновения. Можно также достичь эффективного уплотнения в случае добавления в материалы порошков алюминия и никеля, которые формируют сплав NiAl.In the above description, Ti-Al and Ti-Ni alloys have a melting point of 1460 ^o C and 1330 ^o C, respectively, compared with TiC, which melts at a temperature of 3070 ^o C. Thus, the temperatures obtained in the process are high enough to melt such alloys such as Ti-Al and Ti-Ni are insufficient for TiC, which is used to seal the structure by accumulation or penetration. Effective compaction can also be achieved by adding aluminum and nickel powders to the materials that form the NiAl alloy.

Содержание подобных заполняющих материалов (для уплотнения) может достигать 5 и более объемных процентов по отношению к основным материалам. Наилучшими заполнителями для матриц, основанных на TiC, являются, среди прочих, металлы: Ti, Co, Ni, Cu, системы Ti-Al, Ni-Al и Ti-Ni. В частности, используется порошкообразный Ti с избытком по отношению к количеству, необходимому для реакции с наличным углеродом, используемым в материале системы. Давление подается на пресс-форму, внутри которой находится заготовка в расплавленном или полурасплавленном состоянии в момент, когда температура всего объема заготовки превышает температуру плавления загруженного металла или интерметаллического компаунда, сформированного в процессе СВС (обычно через несколько секунд или несколько десятков секунд после начала горения, или через 0,1-10 секунд после его прекращения). Максимальное давление поддерживается от 2 до 150 секунд, предпочтительно от 2 до 60 секунд, и, в частности, от 2 до 30 секунд. The content of such filling materials (for compaction) can reach 5 or more volume percent in relation to the basic materials. The best placeholders for TiC based matrices are, among others, metals: Ti, Co, Ni, Cu, Ti-Al, Ni-Al and Ti-Ni systems. In particular, powdered Ti is used in excess with respect to the amount required for the reaction with the available carbon used in the material of the system. Pressure is applied to the mold, inside of which the workpiece is in a molten or semi-molten state at a time when the temperature of the entire volume of the workpiece exceeds the melting point of the loaded metal or intermetallic compound formed in the SHS process (usually several seconds or several tens of seconds after the start of combustion, or 0.1-10 seconds after its termination). The maximum pressure is maintained from 2 to 150 seconds, preferably from 2 to 60 seconds, and in particular from 2 to 30 seconds.

В настоящем изобретении применяется также и описанная выше технология химической печи для заготовок с малыми размерами, либо композиции которых не позволяют получить достаточно высокую температуру для плавления или размягчения соответствующих ингредиентов, составляющих матрицу. При этом пригодная для СВС процесса композиция помещается в пресс-форму или в непосредственной близости от нее, либо смешивается с формовочным песком, помещаемым вокруг формируемой заготовки. Она используется как вторичный источник тепла для воспламенения по существу одновременно с заготовкой; она может также использоваться для замедления остывания уплотненной заготовки. Продукт сгорания служит в качестве среды для передачи давления, когда он сжимается вместе с формовочным песком. The present invention also applies the above-described technology of a chemical furnace for workpieces with small sizes, or the compositions of which do not allow to obtain a sufficiently high temperature for melting or softening the corresponding ingredients that make up the matrix. In this case, a composition suitable for the SHS process is placed in the mold or in the immediate vicinity of it, or is mixed with molding sand placed around the preform being formed. It is used as a secondary heat source to ignite substantially simultaneously with the workpiece; it can also be used to slow down the cooling of the compacted workpiece. The combustion product serves as a medium for transmitting pressure when it is compressed together with the molding sand.

В соответствии с настоящим изобретением использование процесса СВС в качестве внешнего источника тепла, или химической печи, позволяет получать различные композитные продукты, устраняя недостатки, присущие обычным технологиям, такие, как: износоустойчивые композиты с распределенными алмазными частицами с WC-Cо матрицей, режущие элементы с алмазными частицами в кобальтовой матрице, или элементы вращающихся инструментов с частицами кубического нитрида бора в Ti-Ni матрице производились до настоящего времени в основном в условиях сверхвысоких давлений с использованием дорогого оборудования или, в качестве альтернативы, ценой определенного ухудшения свойств частиц в термодинамически метастабильных условиях для суперабразивных частиц, стабильных при высоком давлении. In accordance with the present invention, the use of the SHS process as an external heat source, or chemical furnace, allows to obtain various composite products, eliminating the disadvantages inherent in conventional technologies, such as: wear-resistant composites with distributed diamond particles with WC-Co matrix, cutting elements with diamond particles in a cobalt matrix, or elements of rotating tools with particles of cubic boron nitride in a Ti-Ni matrix have been produced up to now mainly under ultrahigh FIR pressure using expensive equipment or, alternatively, at the cost of a certain deterioration in properties of the particles in a thermodynamically metastable conditions for superabrasive particles that are stable at high pressure.

Как описано выше, один из аспектов настоящего изобретения основывается на использовании СВС процесса или химической печи, которые позволяют достичь достаточно высокого значения максимальной температуры в течение очень короткого периода времени. При этом становится возможным применение порошковой металлургии для приготовления алмазосодержащих спеченных композитов с в меньшей степени поврежденными суперабразивными частицами, по сравнению с обычными технологиями, основанными на электрическом нагреве. Также возможно применение этого для производства материалов инструментов для соединения металлов с алмазными частицами меньших размеров, чем до сих пор, или элементов инструментов, в которых алмазные частицы закреплены и одновременно соединены с металлической основой. As described above, one aspect of the present invention is based on the use of a SHS process or chemical furnace, which allows a sufficiently high maximum temperature to be reached in a very short period of time. In this case, it becomes possible to use powder metallurgy for the preparation of diamond-containing sintered composites with less damaged superabrasive particles, compared with conventional technologies based on electric heating. It is also possible to use this for the production of tool materials for joining metals with diamond particles of smaller sizes than hitherto, or tool elements in which diamond particles are fixed and simultaneously connected to a metal base.

Значение максимальной температуры, получаемой в материалах, используемых в СВС, в процессе можно оценить по температуре адиабатического горения при формировании соответствующего продукта. Однако в случае, если оценка температуры значительно превышает 2000^oC, необходимо производить измерения для управления температурой, что может позволить уменьшить длительность и таким образом воспрепятствовать возможному переходу суперабразива в полиморфную модификацию низкого давления, с помощью уменьшения концентрации исходных материалов веществом, нейтральным к процессу, включая суперабразивные частицы или предпочтительно компаундную систему - продукт.The value of the maximum temperature obtained in the materials used in SHS in the process can be estimated from the adiabatic combustion temperature during the formation of the corresponding product. However, if the temperature estimate is significantly higher than 2000 ^o C, it is necessary to take measurements to control the temperature, which can reduce the duration and thus prevent the possible transition of the superabrasive to a polymorphic low-pressure modification by reducing the concentration of the starting materials with a process neutral substance, including superabrasive particles or preferably a compound system-product.

Компоненты матрицы, в соответствии с настоящим изобретением, выбираются широко, единично или в комбинации среди систем, основанных на карбидах, нитридах, боридах металлов с четвертой по шестую группу Периодической таблицы, а также SiC, Si₃N₄, B₄C, интерметаллических компаундов Ni-Al, Ti-Al, Ni-Al-Ti и Ni-Al-Ti-Cu и их смесей в зависимости от конкретной необходимости. В этих материалах карбиды, нитриды и бориды титана особенно предпочтительны из-за стоимости производства, то же касается интерметаллических компаундов Ni-Al и Ti-Al и их комбинации.The components of the matrix in accordance with the present invention are widely, singly, or in combination among systems based on carbides, nitrides, metal borides of the fourth to sixth groups of the Periodic Table, as well as SiC, Si ₃ N ₄ , B ₄ C, intermetallic compounds Ni-Al, Ti-Al, Ni-Al-Ti and Ni-Al-Ti-Cu and mixtures thereof, depending on the specific need. In these materials, titanium carbides, nitrides and borides are particularly preferred due to the cost of production, the same applies to Ni-Al and Ti-Al intermetallic compounds and combinations thereof.

Для получения твердой и компактной конструкции композита необходимо применять комбинацию, содержащую две системы материалов: одна формирует в процессе СВС твердое вещество, в то время как другая формирует во время процесса жидкую фазу. Компактная матрица может быть получена из TiC, который образует каркасную структуру, смешанную, например, с системой Ti-Al, которая заполняет внутренние полости. Добавка в вышеописанную систему определенной пропорции меди может улучшить теплопроводность и, таким образом, снизить нежелательный переход суперабразивных веществ в более стабильные полиморфные модификации. To obtain a solid and compact composite design, it is necessary to use a combination containing two material systems: one forms a solid substance in the SHS process, while the other forms a liquid phase during the process. The compact matrix can be obtained from TiC, which forms a frame structure mixed, for example, with a Ti-Al system that fills the internal cavities. The addition of a certain proportion of copper to the above system can improve thermal conductivity and, thus, reduce the undesirable transition of superabrasive substances into more stable polymorphic modifications.

Приведем несколько примеров составов для получения композитных продуктов с высокой степенью прочности, в весовых процентах: от 60 до 90% Ti или Zn, от 3 до 12% C или B, от 2 до 18% Al, от 1 до 5% TiH₂, от 1 до 7% Cu, от 3 до 20% Ni или Co, а такая смесь пригодна для формирования износоустойчивой матрицы: от 60 до 70% Ti или Zn, от 3 до 12% C или B, от 2 до 18% Al, от 1 до 15% TiH₂, от 5 до 25% Mo или W, от 1 до 7% Cu, от 3 до 20% Ni или Co.Here are some examples of compositions for obtaining composite products with a high degree of strength, in weight percent: from 60 to 90% Ti or Zn, from 3 to 12% C or B, from 2 to 18% Al, from 1 to 5% TiH ₂ , from 1 to 7% Cu, from 3 to 20% Ni or Co, and such a mixture is suitable for forming a wear-resistant matrix: from 60 to 70% Ti or Zn, from 3 to 12% C or B, from 2 to 18% Al, 1 to 15% TiH ₂ , 5 to 25% Mo or W, 1 to 7% Cu, 3 to 20% Ni or Co.

Кроме того, в случае необходимости, вместе с заготовкой в прессуемое пространство может быть помещен и материал основы. Например, наконечник круглого металлического стержня, служащего в качестве вала сверла, может быть помещен в пресс-форму, в которой уже находится готовая к обработке заготовка, а композиция химической печи располагается в непосредственной близости вокруг формы, причем формование композита и его соединение с основой может быть получено за одну операцию. При этом физические свойства стали основы не будут в существенной степени подвергнуты негативному воздействию во время СВС процесса, поскольку, хотя тепло, выделяемое в процессе, весьма интенсивно, его распространение ограничено весьма небольшим пространством. Производство режущих элементов может быть основано на аналогичной концепции: заготовки дугообразной формы располагаются поочередно - на и вокруг круговой основы, вокруг них располагается композиция химической печи с высокой скоростью горения, с началом СВС процесса и последующим приложением давления на заготовку. In addition, if necessary, together with the workpiece, the base material can be placed in the pressed space. For example, the tip of a round metal rod serving as a drill shaft can be placed in a mold in which a workpiece ready for processing is already located, and the composition of the chemical furnace is located in the immediate vicinity of the mold, and the molding of the composite and its connection with the base can be obtained in one operation. At the same time, the physical properties of the base steel will not be significantly affected by the SHS process, because although the heat generated in the process is very intense, its distribution is limited by a very small space. The production of cutting elements can be based on a similar concept: arc-shaped blanks are arranged alternately on and around a circular base, around them is a chemical furnace composition with a high burning rate, with the beginning of the SHS process and the subsequent application of pressure on the workpiece.

Способ настоящего изобретения основывается на СВС процессе, высокотемпературный цикл которого заканчивается в течение всего лишь нескольких секунд:
(1) вызывая незначительное ухудшение физических свойств суперабразивных частиц;
(2) в незначительной степени воздействуя на структуру поверхности суперабразива, что незначительно уменьшает адгезию с матрицей, или
(3) вызывая незначительное ухудшение физических свойств материала основы в течение операции, комбинирующей спекание частиц и их соединение с основой; а также
(4) позволяя изготовлять матрицы из различных требуемых композиций; и кроме того, обеспечивая нанесение металлического покрытия на суперабразивные частицы,
(5) увеличивая связь абразивных частиц с матрицей, благодаря химической связи материалов с металлом покрытия, выступающим в качестве промежуточной среды, а также
(6) благодаря улучшенному механическому соединению, основанному на увеличении размера суперабразивных частиц с помощью металлического покрытия;
(7) снижая температурный шок, воздействующий на суперабразивные частицы; а также
(8) блокируя кислород, который мог бы войти в контакт и ухудшить свойства суперабразивных частиц.The method of the present invention is based on the SHS process, the high-temperature cycle of which ends in just a few seconds:
(1) causing a slight deterioration in the physical properties of the superabrasive particles;
(2) slightly affecting the surface structure of the superabrasive, which slightly reduces the adhesion to the matrix, or
(3) causing a slight deterioration in the physical properties of the base material during an operation combining the sintering of particles and their bonding with the base; and
(4) allowing the manufacture of matrices from various desired compositions; and furthermore, by providing a metallic coating on the superabrasive particles,
(5) increasing the bond of the abrasive particles with the matrix, due to the chemical bond of the materials with the coating metal acting as an intermediate medium, as well as
(6) due to the improved mechanical connection based on the increase in the size of superabrasive particles by means of a metal coating;
(7) reducing temperature shock affecting superabrasive particles; and
(8) blocking oxygen that could come into contact and degrade the properties of superabrasive particles.

Используя эти эффекты, способ настоящего изобретения позволяет достичь в процессе СВС спекания мелких суперабразивных частиц размером вплоть до 1 мкм, причем не только достигаются механические свойства, сравнимые с продуктами, получаемыми только с помощью технологий сверхвысокого давления, но также данный способ позволяет получать объекты значительно больших размеров или цельной конструкции. Более того, для формирования композиции матрицы может применяться более широкий выбор материалов, поскольку металл покрытия выступает в роли буфера температурного шока и воздействует на суперабразивные частицы таким образом, что стало возможным воздействие температурных условий, превышающих 2000^oC, если они имеют ограниченное время воздействия.Using these effects, the method of the present invention allows sintering of small superabrasive particles up to 1 μm in size to be achieved in the SHS process, and not only mechanical properties comparable to products obtained only using ultra-high pressure technologies are achieved, but also this method allows to obtain objects significantly larger sizes or one piece construction. Moreover, a wider selection of materials can be used to form the matrix composition, since the coating metal acts as a temperature shock buffer and acts on superabrasive particles in such a way that it becomes possible to influence temperature conditions in excess of 2000 ^° C if they have a limited exposure time.

ПРИМЕР 1
Порошки титана - 22 мкм, графита - 7 мкм и алюминия, пропущенного через сито 300, были дозированы и хорошо перемешаны для подготовки исходной композиции материала с пропорцией Ti:C:Al, составляющей 73:11:16 по весу, что соответствует объемному соотношению TiC/TiAl 50/50. Смешанные порошки затем прессуются в пресс-форме с образованием круглой заготовки шириной 16 мм и толщиной 4 мм, а затем подвергаются обжигу в установке, разрез которой представлен на фиг. 3. Это оборудование, в общем обозначенное 1, в основном содержит пресс-форму 2, имеющую выемку внутренним диаметром 30 мм и глубиной 60 мм, и пуансон 3. Пространство вокруг заготовки 4 было заполнено 80Ti-20C, по весу, смесью порошка 5 слоем толщиной 2 мм и остальное пространство - формовочным песком 6. Графитовая полоска 7 была помещена в качестве воспламенителя в непосредственном контакте с порошком 5 над заготовкой 4.EXAMPLE 1
Powders of titanium - 22 μm, graphite - 7 μm and aluminum, passed through a 300 sieve, were metered and well mixed to prepare the initial composition of the material with a Ti: C: Al proportion of 73:11:16 by weight, which corresponds to the volume ratio of TiC / TiAl 50/50. The mixed powders are then pressed into a mold to form a round billet with a width of 16 mm and a thickness of 4 mm, and then fired in the apparatus, the section of which is shown in FIG. 3. This equipment, generally designated 1, mainly contains a mold 2 having a recess with an inner diameter of 30 mm and a depth of 60 mm, and a punch 3. The space around the workpiece 4 was filled with 80Ti-20C, by weight, with a 5 layer powder mixture 2 mm thick and the rest of the space with molding sand 6. A graphite strip 7 was placed as an igniter in direct contact with the powder 5 above the workpiece 4.

Эта установка в собранном виде была смонтирована на стандартном одноосном гидравлическом прессе (не показан), заготовка подверглась воспламенению с помощью электрического тока, пропущенного через полоску, при этом пуансон был снят. Через пять секунд после воспламенения, когда вся заготовка в достаточной степени прогрелась, было приложено давление; давление величиной около 100 МПа поддерживалось в течение 30 секунд. Термопара в один из моментов показала максимальную температуру заготовки в 1700^oC. Полученный продукт показал металлический блеск, а также твердость Викерса от 8 до 12 ГПа на полированной поверхности. Поверхность была также исследована под оптическим микроскопом, при этом поры не были выявлены.This installation in assembled form was mounted on a standard uniaxial hydraulic press (not shown), the workpiece was ignited using an electric current passed through a strip, and the punch was removed. Five seconds after ignition, when the entire workpiece was sufficiently warmed up, pressure was applied; a pressure of about 100 MPa was maintained for 30 seconds. The thermocouple at one point showed a maximum workpiece temperature of 1700 ^o C. The resulting product showed a metallic luster, as well as Vickers hardness from 8 to 12 GPa on a polished surface. The surface was also examined under an optical microscope, with no pores being detected.

Температура и давление, измерявшиеся в этом примере, представлены на фиг. 4 в функции времени с момента воспламенения. The temperature and pressure measured in this example are shown in FIG. 4 as a function of time since ignition.

ПРИМЕР 2
Заготовка была приготовлена с использованием смеси тех же исходных материалов, как и в Примере 1, за исключением того, что в композицию был добавлен синтетический алмазный порошок номинального (среднего) размера 100 мкм в пропорции 15 объемных процентов. Весь порошок был размещен в пресс-форме для образования заготовки. Для обжига использовались оборудование и способ такие же, как и в Примере 1. Готовый продукт исследовался по полированной поверхности с помощью оптического микроскопа и показал, в основном, равномерное распределение алмазных частиц по всей матрице, при этом не было обнаружено следов графитизации частиц. Вместо этого были обнаружены связывающие срезы, которые свидетельствуют о том, что использовавшаяся композиция материала матрицы способна адекватно удерживать алмазные частицы. Полученный продукт был зафиксирован на основании и использовался для шлифования поверхности керамического материала.EXAMPLE 2
The preform was prepared using a mixture of the same starting materials as in Example 1, except that a synthetic diamond powder of a nominal (average) size of 100 μm in a proportion of 15 volume percent was added to the composition. All powder was placed in the mold to form a preform. For firing, the equipment and method used were the same as in Example 1. The finished product was examined on a polished surface using an optical microscope and showed mainly a uniform distribution of diamond particles throughout the matrix, with no traces of particle graphitization. Instead, binding sections were found that indicate that the matrix composition used was able to adequately retain diamond particles. The resulting product was fixed on the base and used to grind the surface of the ceramic material.

ПРИМЕР 3
Была подготовлена заготовка с использованием тех же самых исходных материалов, как и в Примере 1, за исключением того, что 300 мг номинального 100 мкм алмазного порошка было заранее помещено на дно каждой пресс-формы. Установка для обжига была практически такой же, как и в предыдущем примере, однако покрытие из металлического тантала диаметром 16 мм и 2 мм глубиной (толщина стенок 50 мкм) было помещено под нижнюю часть заготовки (со стороны, где был нанесен алмазный порошок) для защиты алмазного порошка. Диск из окиси алюминия 16 мм в диаметре и 10 мм толщиной был помещен в непосредственном контакте под это покрытие для охлаждения. Полученный продукт имел на одном из концов алмазосодержащий слой толщиной 1 мм. Исследование под оптическим микроскопом не выявило графитизации алмазных частиц и показало, что они адекватно закреплены в матрице. Один из полученных образцов был подвергнут механической обработке для придания заданных размеров и использовался как элемент режущего инструмента, другие же использовались, как детекторный конец и держатель для образцов в системе измерения толщины.EXAMPLE 3
A preform was prepared using the same starting materials as in Example 1, except that 300 mg of the nominal 100 μm diamond powder was pre-placed at the bottom of each mold. The firing unit was almost the same as in the previous example, however, a coating of metal tantalum with a diameter of 16 mm and 2 mm deep (wall thickness 50 μm) was placed under the lower part of the workpiece (from the side where the diamond powder was applied) for protection diamond powder. A disk of aluminum oxide 16 mm in diameter and 10 mm thick was placed in direct contact under this coating for cooling. The resulting product had a diamond-containing layer 1 mm thick at one end. The study under an optical microscope did not reveal the graphitization of diamond particles and showed that they are adequately fixed in the matrix. One of the obtained samples was machined to give the specified dimensions and used as an element of a cutting tool, while the others were used as a detector end and holder for samples in a thickness measurement system.

ПРИМЕР 4
В табл. 1-3 представлен состав различных смесей СВС продуктов для некоторых исходных материалов матрицы. В табл. 1 представлен состав для производства композитов, используемых как источник нагрева, вырабатываемого в процессе СВС непосредственно в материале матрицы на открытом воздухе, в вакууме или в восстанавливающей атмосфере, а в табл. 2 - в атмосфере азота; в то время как данные табл. 3 приведены для СВС процесса с применением химической печи. Использовавшиеся размеры частиц были номинальными - 22 мкм для титана, 7 мкм - для углерода, меньше 20 мкм - для аморфного бора, 0,3 мкм - для окиси алюминия и для всех остальных компонентов - меньше сита 325, которые смешивались в широком диапазоне пропорций. Поскольку продукты СВС имели весьма различную природу, в табл. можно было представить только список исходных материалов и продуктов в установках с соответствующими элементами и компаундами с сохраненными коэффициентами. Хотя таблицы, в основном, отражают системы, содержащие титан, аналогичные результаты могут быть получены с другими металлами, такими как ZP, Hf, V, Nb, Ta, Mo и W.EXAMPLE 4
In the table. 1-3, the composition of various mixtures of SHS products for some matrix starting materials is presented. In the table. 1 shows the composition for the production of composites used as a heat source generated in the SHS process directly in the matrix material in the open air, in vacuum or in a reducing atmosphere, and in table. 2 - in an atmosphere of nitrogen; while the data table. 3 are shown for the SHS process using a chemical furnace. The used particle sizes were nominal - 22 microns for titanium, 7 microns - for carbon, less than 20 microns - for amorphous boron, 0.3 microns - for aluminum oxide and for all other components - less than sieve 325, which were mixed in a wide range of proportions. Since the SHS products had a very different nature, in table. it was possible to present only a list of starting materials and products in plants with corresponding elements and compounds with stored coefficients. Although the tables mainly reflect titanium-containing systems, similar results can be obtained with other metals such as ZP, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W.

ПРИМЕР 5
Порошок смеси Ti/Ni/C использовался в качестве материала матрицы в весовой пропорции 65:24:11; первая заготовка была изготовлена из представленной выше композиции с размерами 98 мм шириной и 10 мм толщиной, вторая заготовка была изготовлена с добавлением 50 весовых процентов алмазного порошка (30/40 мкм) к представленному выше, которая имела размеры 98 мм шириной и 2 мм толщиной.EXAMPLE 5
The powder of the Ti / Ni / C mixture was used as the matrix material in a weight ratio of 65:24:11; the first preform was made from the above composition with dimensions 98 mm wide and 10 mm thick, the second preform was made with the addition of 50 weight percent diamond powder (30/40 μm) to the above, which was 98 mm wide and 2 mm thick.

Для процесса СВС использовалась система, включающая пресс-форму, образованную муллитной трубкой с внутренним диаметром 100 мм и внешним диаметром 125 мм и пуансон с муллитным диском шириной 99 мм, толщиной 10 мм, смонтированная на прессе двойного действия. Обе заготовки были заложены в виде пакета в пресс-форму, и воспламенительный нагреватель был установлен в контакте с одним из концов заготовки матрицы, не содержащей суперабразивных частиц. Через 12 секунд после воспламенения (и примерно через одну секунду после окончания горения) было приложено давление 80 МПа и поддерживалось в течение 40 секунд. Продукты были отшлифованы с обеих сторон и обрезаны до заданной длины для использования в качестве режущей кромки в инструментах для токарной обработки дерева. For the SHS process, a system was used that included a mold formed by a mullite tube with an inner diameter of 100 mm and an outer diameter of 125 mm and a punch with a mullite disk 99 mm wide, 10 mm thick, mounted on a double-action press. Both blanks were laid in the form of a bag in the mold, and the igniter heater was installed in contact with one of the ends of the blank of the matrix containing no superabrasive particles. 12 seconds after ignition (and approximately one second after the end of combustion), a pressure of 80 MPa was applied and maintained for 40 seconds. The products were ground on both sides and cut to the specified length for use as a cutting edge in wood turning tools.

ПРИМЕР 6
Была сформирована заготовка шириной 80 мм и толщиной 10 мм, которая состояла из смеси порошков Fe и Cr в весовой пропорции 52 к 48. Одиночный слой алмазных частиц, просеянных через сетку 200/230, был распределен в пресс-форме на дне полости достаточно равномерно до загрузки материала заготовки для того, чтобы получить алмазосодержащий слой на одной стороне заготовки. Затем это было загружено в устройство в соответствии с Примером 5, который включал пресс-форму, образованную муллитной трубкой, и смонтированное в пресс двойного действия. Эквимолярная смесь порошков титана и углерода была заранее загружена вокруг, над и под заготовкой, образуя слой толщиной 10 мм, служащая в качестве источника тепла. Через 10 секунд после воспламенения и примерно через 2 секунды после окончания горения на продукт было приложено давление 150 МПа и поддерживалось в течение 30 секунд. Этот продукт использовался как притирочная доска для керамических материалов.EXAMPLE 6
A preform was formed with a width of 80 mm and a thickness of 10 mm, which consisted of a mixture of Fe and Cr powders in a weight ratio of 52 to 48. A single layer of diamond particles sifted through a 200/230 mesh was distributed fairly uniformly in the mold at the bottom of the cavity loading the workpiece material in order to obtain a diamond-containing layer on one side of the workpiece. This was then loaded into the device in accordance with Example 5, which included a mold formed by a mullite tube and mounted in a double-acting press. An equimolar mixture of titanium and carbon powders was preloaded around, above and below the workpiece, forming a layer 10 mm thick, serving as a heat source. 10 seconds after ignition and approximately 2 seconds after the end of combustion, a pressure of 150 MPa was applied to the product and maintained for 30 seconds. This product was used as a lapping board for ceramic materials.

ПРИМЕР 7
Использовалась система обжига, аналогичная Примеру 5, но содержащая вместо нее пресс-форму с полостью шириной 100 мм. Лезвие шириной 75 мм, толщиной 1 мм из нержавеющей стали уровня SUS было помещено между круглыми стальными блоками шириной 65 мм, и все это было помещено в центр полости пресс-формы. Заготовки, изготовленные из предварительно смешанных порошков WC: Co в весовой пропорции 9 к 1, к которой добавлялось 15% алмазных частиц, просеянных через сито 60/80, были помещены вокруг заготовки, причем каждая из них была 5 мм шириной и 1 мм толщиной. Эквимолярная смесь порошков титана и углерода была помещена вокруг, над и под заготовками, образуя слой толщиной 10 мм. В контакте с одним из концов смеси порошков Ti/углерод был помещен нагреватель; остальной объем полости был заполнен формовочным песком. Для воспламенения был включен нагреватель; давление было приложено менее чем через 0,5 секунды после окончания горения и составило 100 МПа, которое удерживалось 20 секунд. Продукт, включивший сегменты сплавов карбида, содержащего алмазные частицы, был припаян с помощью бронзы по периферии круглой основы и эффективно использовался в качестве режущего элемента для разрезания керамики.EXAMPLE 7
A firing system was used, similar to Example 5, but containing instead a mold with a cavity 100 mm wide. A blade 75 mm wide, 1 mm thick stainless steel SUS level was placed between the round steel blocks with a width of 65 mm, and all this was placed in the center of the cavity of the mold. Preforms made from pre-mixed WC: Co powders in a weight ratio of 9 to 1, to which 15% of diamond particles sifted through a 60/80 sieve were added, were placed around the preform, each of which was 5 mm wide and 1 mm thick. An equimolar mixture of titanium and carbon powders was placed around, above and below the blanks, forming a layer 10 mm thick. A heater was placed in contact with one end of the Ti / carbon powder mixture; the remaining volume of the cavity was filled with molding sand. A heater was turned on for ignition; the pressure was applied less than 0.5 seconds after the end of combustion and amounted to 100 MPa, which was held for 20 seconds. The product, which included segments of carbide alloys containing diamond particles, was soldered using bronze along the periphery of the round base and was effectively used as a cutting element for cutting ceramics.

ПРИМЕР 8
В качестве сердечника использовался конус из магнезии, вокруг которого помещалась композиция из смеси порошков Si₃N₄/Cr в весовой пропорции 10 к 1, с добавлением 35% алмазного порошка, пропущенного через сито 20/30. Все это было сформировано с помощью CIP в виде цилиндрического образца. Он был помещен в тонкостенный контейнер из тантала, из которого были откачаны газы, и запаян. В качестве СВС среды была применена эквимолярная смесь порошков алюминия и железа, в контакт с которой был помещен нагреватель. Эта сборка была помещена в систему HIP, из которой были откачаны газы, а затем она была заполнена аргоном до давления в 1 атм, и нагреватель был включен. Во время горения подавался сжатый газ с давлением 30 МПа, которое поддерживалось 30 секунд. Продукт был снят с сердечника из магнезии и его внутренняя поверхность была отшлифована, чтобы образовать выходное отверстие для пескоструйной машины.EXAMPLE 8
A magnesian cone was used as a core, around which a composition of a mixture of Si ₃ N ₄ / Cr powders was placed in a weight ratio of 10 to 1, with the addition of 35% diamond powder passed through a 20/30 sieve. All this was formed using CIP in the form of a cylindrical pattern. It was placed in a thin-walled tantalum container from which gases were pumped out and sealed. As an SHS medium, an equimolar mixture of aluminum and iron powders was used, in contact with which a heater was placed. This assembly was placed in a HIP system from which gases were evacuated, and then it was filled with argon to a pressure of 1 atm, and the heater was turned on. During combustion, a compressed gas was supplied with a pressure of 30 MPa, which was maintained for 30 seconds. The product was removed from the core of magnesia and its inner surface was ground to form an outlet for the sandblasting machine.

Данные, касающиеся алмазных частиц и частиц кубического нитрида бора с предварительно нанесенным покрытием представлены в табл. 4, в которой символ "D" означает алмазный порошок. The data regarding diamond particles and particles of cubic boron nitride with a preliminary coating are presented in table. 4, in which the symbol "D" means diamond powder.

ПРИМЕР 9
В качестве материала матрицы использовались порошки 22 мкм титана, 7 мкм графита и алюминия, просеянного через сито 325. Они были тщательно смешаны в пропорции Ti: C:Al 73:11:13. К этой смеси порошков было добавлено 2 весовых процента порошка TiH₂ и, кроме того, добавлялись абразивные частицы с покрытием, точнее говоря алмазные частицы такого же типа, как представленные в табл. 4 под номером 1, в количестве 10% от объема матрицы, и все это было спрессовано под давлением 10 МПа для формирования цилиндрической заготовки 40 мм шириной и 20 толщиной. Для обжига применялась установка, показанная на фиг. 3, но с полостью пресс-формы внутренним диаметром 75 мм и 65 мм глубиной. Вначале на дно пресс-формы засыпался формовочный песок слоем 15 мм, затем устанавливалась заготовка, и затем снова засыпался песок вокруг заготовки. Смесь порошков Ti/C в пропорции 1 к 1 наносилась вокруг заготовки слоем около 5 мм, в контакт с которой помещался воспламенитель 7 в виде графитовой полоски. Все это засыпалось затем слоем песка толщиной 8 мм. Для сдавливания на песок воздействовали пуансоном. Под заготовкой в контакте с ней была помещена термопара (не показана). Установка после сборки была смонтирована на одноосный гидравлический пресс; через графитовую полоску без приложения давления пропускается электрический ток для воспламенения заготовки. В тот момент, когда температура заготовки достигала с ее нижней стороны значения 1900^oC, в действие приводился пресс до давления приблизительно 100 МПа, которое поддерживалось в течение 40 секунд. Записи процесса показали, что давление начало прилагаться приблизительно через 0,5 секунды после завершения процесса горения.EXAMPLE 9
As the matrix material, powders of 22 μm titanium, 7 μm graphite, and aluminum sifted through a 325 sieve were used. They were thoroughly mixed in the ratio Ti: C: Al 73:11:13. To this mixture of powders, 2 weight percent of TiH ₂ powder was added and, in addition, coated abrasive particles were added, more precisely, diamond particles of the same type as those presented in Table 1. 4 under number 1, in an amount of 10% of the matrix volume, and all this was compressed under a pressure of 10 MPa to form a cylindrical billet 40 mm wide and 20 thick. For firing, the apparatus shown in FIG. 3, but with a mold cavity with an inner diameter of 75 mm and 65 mm depth. First, molding sand was poured onto the bottom of the mold with a layer of 15 mm, then a preform was installed, and then sand was again poured around the preform. A mixture of Ti / C powders in a 1 to 1 ratio was applied around the preform with a layer of about 5 mm, into contact with which an igniter 7 was placed in the form of a graphite strip. All this was then covered with a layer of sand 8 mm thick. To squeeze sand, a punch was applied. A thermocouple (not shown) was placed under the workpiece in contact with it. After assembly, the installation was mounted on a uniaxial hydraulic press; an electric current is passed through a graphite strip without applying pressure to ignite the workpiece. At that moment, when the temperature of the workpiece reached 1900 ^o C from its lower side, the press was actuated to a pressure of approximately 100 MPa, which was maintained for 40 seconds. Records of the process showed that pressure began to be applied approximately 0.5 seconds after completion of the combustion process.

Продукт был исследован на металлический блеск в матрице, что было проанализировано на содержание TiC и TiAl с помощью рентгеновской дефрактометрии. Исследования оптическим микроскопом полированной поверхности показали равномерное распределение алмазных частиц в матрице с явным улучшением по сравнению с обычными технологиями, использующими суперабразивные частицы без покрытия, которые часто были причиной агломерации. Кроме того, на алмазных частицах не было замечено следов графитизации. The product was examined for metallic luster in a matrix, which was analyzed for the contents of TiC and TiAl using x-ray refractometry. Examination of the polished surface with an optical microscope showed a uniform distribution of diamond particles in the matrix with a clear improvement over conventional technologies using uncoated superabrasive particles, which often caused agglomeration. In addition, no traces of graphitization were observed on the diamond particles.

ПРИМЕР 10
Использовалась матрица, состоящая из смеси порошков в весовой пропорции 65Ti-10B-9Al-4Cu-10Ni-2TiH₂. Была сформирована круглая заготовка 98 мм шириной и 2 мм толщиной из смеси 30 объемных процентов указанного порошка и 70 объемных процентов суперабразива с покрытием, описанного в табл. 4 под номером 2. Такой же материал матрицы использовался для формирования другой заготовки шириной 98 мм и 15 мм толщиной, причем она не содержала каких-либо суперабразивных частиц. Обе они были уложены в виде пакета, причем заготовка, содержащая только материал матрицы, располагалась над заготовкой, содержащей алмазный порошок, и помещены в пресс-форму, образованную муллитной трубкой с внутренним диаметром 100 мм. Смесь порошков Ti/C в пропорции 1:1 располагалась над заготовкой слоем толщиной 5 мм для поддержания горения, кроме того, для воспламенения помещалась графитовая полоска. Цикл от воспламенения до сжатия был аналогичен приведенному в Примере 1, но сжатие начиналось примерно через 2 секунды после окончания процесса горения. Продукт был обрезан для придания заданной формы, отполирован и использовался как элемент инструмента для токарной обработки.EXAMPLE 10
A matrix was used consisting of a mixture of powders in a weight ratio of 65Ti-10B-9Al-4Cu-10Ni-2TiH ₂ . A round blank of 98 mm wide and 2 mm thick was formed from a mixture of 30 volume percent of the indicated powder and 70 volume percent of the coated superabrasive material described in Table 1. 4 under number 2. The same matrix material was used to form another preform 98 mm wide and 15 mm thick, and it did not contain any superabrasive particles. Both of them were stacked in a bag, with a preform containing only matrix material located above the preform containing diamond powder and placed in a mold formed by a mullite tube with an inner diameter of 100 mm. A mixture of Ti / C powders in a 1: 1 ratio was located above the workpiece with a 5 mm thick layer to maintain combustion; in addition, a graphite strip was placed for ignition. The cycle from ignition to compression was similar to that shown in Example 1, but compression began about 2 seconds after the end of the combustion process. The product was cut to give the desired shape, polished and used as a tool element for turning.

ПРИМЕР 11
Применялась установка, представленная на фиг. 3, содержащая пресс-форму с полостью 100 мм шириной. Было подготовлено лезвие шириной 75 мм и толщиной 1 мм, изготовленное из нержавеющей стали SUS, и с обеих сторон были помещены круглые блоки стали шириной 65 мм. Заготовки шириной 5 мм и толщиной 3 мм были изготовлены из порошковой композиции с весовой пропорцией 60Ti-10C-10Al-3TiH₂- 5W-5Cu-7Ni, к которой было добавлено 20 объемных процентов алмазных частиц с покрытием, описанных в Таблице 4 под номером 3, эти заготовки помещались по периметру основы лезвия. Вокруг заготовок помещалась эквимолярная смесь порошков титана и углерода, служащих в качестве материала химической печи. В контакте с этой смесью порошков помещался нагреватель, причем остаток объема заполнялся формовочным песком. Приблизительно через 1 секунду после окончания процесса горения прилагалось давление со значением 100 МПа, которое поддерживалось 30 секунд. Данный продукт использовался как инструмент для резки керамики.EXAMPLE 11
The apparatus shown in FIG. 3, comprising a mold with a cavity of 100 mm wide. A 75 mm wide and 1 mm thick blade was prepared from SUS stainless steel, and round blocks of steel 65 mm wide were placed on both sides. The workpieces with a width of 5 mm and a thickness of 3 mm were made from a powder composition with a weight ratio of 60Ti-10C-10Al-3TiH ₂ - 5W-5Cu-7Ni, to which was added 20 volume percent of the coated diamond particles described in Table 4 under number 3 , these blanks were placed around the perimeter of the base of the blade. Around the workpieces was placed an equimolar mixture of titanium and carbon powders, serving as the material of the chemical furnace. A heater was placed in contact with this mixture of powders, with the remainder of the volume being filled with molding sand. Approximately 1 second after the end of the combustion process, a pressure was applied with a value of 100 MPa, which was maintained for 30 seconds. This product was used as a tool for cutting ceramics.

ПРИМЕР 12
К смеси порошков в весовой пропорции 65Ti-23Co-12Al добавлялось 15 объемных процентов абразива с покрытием, приведенного в табл. 4 под номером 4, и из нее формировалась круглая заготовка шириной 40 мм и толщиной 12 мм, которая помещалась в пресс-форме, такой же, как применялась в Примере 9. Эквимолярная смесь порошков Ti:C помещалась над заготовкой слоем толщиной около 5 мм для поддержания горения; для воспламенения указанного порошка устанавливался нагреватель, и остаток полости заполнялся формовочным песком. Вся пресс-форма помещалась в герметичный контейнер, из которого удалялись газы, который затем заполнялся азотом, и заготовка воспламенялась. Давление подводилось немедленно после того, как термопара, расположенная на нижней части заготовки, показывала температуру 2000^oC, при этом заготовка подвергалась давлению 100 МПа в течение 20 секунд. Композитный продукт представлял собой матрицу из TiN, TiAl и TiCO, содержащую распределенные крепко удерживаемые алмазные частицы. Исследование с помощью оптического микроскопа полированной части продукта показало хорошую адгезию абразивных частиц к матрице без заметных полостей между ними. Алмазные частицы сохранили свою первоначальную прозрачность, как и перед процессом, и не имели следов графитизации. Продукт был обработан до нужной конструкции и использовался как шлифовальный наконечник.EXAMPLE 12
To the mixture of powders in a weight ratio of 65Ti-23Co-12Al was added 15 volume percent of the coated abrasive, shown in Table. 4 under number 4, and from it a round preform 40 mm wide and 12 mm thick was formed, which was placed in the mold, the same as that used in Example 9. An equimolar mixture of Ti: C powders was placed over the preform with a layer about 5 mm thick for burning support; to ignite the specified powder, a heater was installed, and the remainder of the cavity was filled with molding sand. The entire mold was placed in an airtight container from which gases were removed, which was then filled with nitrogen, and the preform was ignited. The pressure was applied immediately after the thermocouple located on the lower part of the workpiece showed a temperature of 2000 ^° C, while the workpiece was subjected to a pressure of 100 MPa for 20 seconds. The composite product was a matrix of TiN, TiAl and TiCO containing distributed tightly held diamond particles. An optical microscope study of the polished part of the product showed good adhesion of the abrasive particles to the matrix without visible cavities between them. Diamond particles retained their initial transparency, as before the process, and did not have traces of graphitization. The product was processed to the desired design and used as a grinding tip.

ПРИМЕР 13
Для матрицы использовалась смесь порошков с частицами размеров меньше 20 мкм в весовой процентной пропорции 70Ni-30Al. К ней добавлялось 40 объемных процентов алмазных частиц с покрытием, приведенных в табл. 4 под номером 5, из чего формировалась круглая заготовка 50 мм шириной и 5 мм толщиной. Другая заготовка 50 мм шириной и 25 мм толщиной формировалась аналогичным образом, но с использованием порошковой композиции, не содержащей абразивных частиц. Обжиговый цикл проводился в вакууме, причем пресс-форма собиралась и процедуры использовались в соответствии с загрузкой, и процессом обжига, описанными в Примере 12. Структура конечного продукта представляла собой Ni-Al интерметаллическую компаундную матрицу, в поверхностном слое которой на глубине до около 3 мм находились алмазные частицы, который использовался как элемент инструмента для токарной обработки.EXAMPLE 13
For the matrix, a mixture of powders with particles of sizes less than 20 μm in a weight percentage of 70Ni-30Al was used. To it was added 40 volume percent of the diamond coated particles, are given in table. 4 under number 5, from which a round billet of 50 mm wide and 5 mm thick was formed. Another preform of 50 mm wide and 25 mm thick was formed in a similar way, but using a powder composition that did not contain abrasive particles. The firing cycle was carried out in vacuum, and the mold was collected and the procedures were used in accordance with the loading and firing process described in Example 12. The structure of the final product was a Ni-Al intermetallic compound matrix, in the surface layer of which at a depth of about 3 mm there were diamond particles, which was used as an element of a tool for turning.

ПРИМЕР 14
Для матрицы использовалась смесь порошков в весовой процентной пропорции 60Ti-20B-20Ni. К ней добавлялось 20 объемных процентов алмазных частиц с покрытием в соответствии с пунктом номер 6 табл. 4, из которой формировалась круглая заготовка шириной 50 мм и толщиной 25 мм. Для цикла обжига снова использовалась конструкция пресс-формы в соответствии с примером 9; смесь порошков титана и углерода помещалась поверх заготовки для поддержания горения, вокруг нее был уложен формовочный песок. Полученный продукт имел матричную структуру, включающую TiB:TiB₂, TiNi, с алмазными частицами, распределенными вокруг нее; каких-либо полостей между фазой матрицы и абразивными частицами, а также графитизации поверхности алмазных частиц обнаружено не было.EXAMPLE 14
For the matrix, a mixture of powders in a weight percentage of 60Ti-20B-20Ni was used. To it was added 20 volume percent of the diamond particles coated in accordance with paragraph 6 of the table. 4, from which a round blank was formed with a width of 50 mm and a thickness of 25 mm. For the firing cycle, the mold design was again used in accordance with Example 9; a mixture of titanium and carbon powders was placed over the billet to maintain combustion, and molding sand was laid around it. The resulting product had a matrix structure including TiB: TiB ₂ , TiNi, with diamond particles distributed around it; no cavities between the matrix phase and abrasive particles, as well as graphitization of the surface of diamond particles were found.

ПРИМЕР 15
Материал матрицы использовался такой же, как в Примере 9. Абразивные частицы с покрытием типа приведенных в табл. 4 под номером 7 были распределены слоем равномерной толщины на дне пресс-формы, сверху которого помещалась порошковая смесь, и все это формировалось в заготовку 50 мм шириной и 15 мм толщиной. Обжиговая сборка была такой же конструкции, как и использовавшаяся в Примере 9, кроме того, на дне пресс-формы заранее был уложен лист тантала толщиной 0,1 мм и алмазосодержащая часть заготовки помещалась в контакте с этим листом. Между танталовым листом и пресс-формой помещалась также термопара. Когда температура достигала 1700^oC, на образец прикладывалось давление 80 МПа. Данный продукт использовался как элемент инструмента для обработки дерева.EXAMPLE 15
The matrix material was used the same as in Example 9. Abrasive particles with a coating of the type shown in table. 4 under number 7 were distributed by a layer of uniform thickness at the bottom of the mold, on top of which a powder mixture was placed, and all this was formed into a preform of 50 mm wide and 15 mm thick. The firing assembly was of the same design as used in Example 9, in addition, a 0.1 mm thick tantalum sheet was pre-laid at the bottom of the mold and the diamond-containing part of the preform was placed in contact with this sheet. A thermocouple was also placed between the tantalum sheet and the mold. When the temperature reached 1700 ^° C, a pressure of 80 MPa was applied to the sample. This product was used as an element of a tool for processing wood.

ПРИМЕР 16
Так же, как и в Примере 9, в качестве материала матрицы использовалась смесь порошков титана, графита и алюминия в весовой пропорции 73:11:13. Затем создавалась смесь в объемном соотношении 50 на 50 из указанного порошка и частиц кубического нитрида бора с покрытием, как описано в табл. 4 под номером 8, из которой формировалась заготовка круглой формы шириной 30 мм и толщиной 15 мм. Использовалась такая же конструкция пресс-формы, как и в примере 9. Заготовка при загрузке была окружена слоем толщиной 10 мм смеси Ti/C в соотношении 1 к 1, служащей в качестве химической печи. Когда под заготовкой температура достигала значения 2000^oC, образец сжимался до давления 100 МПа, которое затем поддерживалось в течение 30 секунд. Данный продукт был обработан и использовался как элемент инструмента для токарной обработки стали.EXAMPLE 16
As in Example 9, a mixture of titanium, graphite and aluminum powders in a weight ratio of 73:11:13 was used as the matrix material. Then a mixture was created in a volume ratio of 50 to 50 from the specified powder and particles of cubic boron nitride with a coating, as described in table. 4 under number 8, from which a round preform was formed with a width of 30 mm and a thickness of 15 mm. The same mold design was used as in Example 9. The preform during loading was surrounded by a 10 mm thick Ti / C mixture in a 1 to 1 ratio serving as a chemical furnace. When the temperature reached 2000 ^° C under the workpiece, the sample was compressed to a pressure of 100 MPa, which was then maintained for 30 seconds. This product has been processed and used as part of a tool for turning steel.

Применение в промышленности
Композит, в соответствии с настоящим изобретением, используется как износоустойчивый материал в различных областях, а так же, как абразивный элемент инструментов.Industrial application
The composite, in accordance with the present invention, is used as a wear-resistant material in various fields, as well as an abrasive element of tools.

Claims (61)

1. Огнеупорный металлический композит, содержащий одну или более трехмерную каркасную структуру, образованную трехмерно соединенными в процессе СВС частицами из огнеупорного материала и металлического материала, заполняющего полости в каркасе, отличающийся тем, что трехмерная каркасная структура образована частицами, по крайней мере, из одного огнеупорного материала, выбранного из карбидов, боридов, нитридов и силицидов титана, циркония, тантала, ниобия, кремния, хрома, вольфрама и молибдена и металлического материала в виде сплавов и/или интерметаллических компаундов. 1. Refractory metal composite containing one or more three-dimensional frame structure formed by three-dimensionally connected particles in the SHS process of refractory material and metal material filling the cavity in the frame, characterized in that the three-dimensional frame structure is formed by particles of at least one refractory a material selected from carbides, borides, nitrides and silicides of titanium, zirconium, tantalum, niobium, silicon, chromium, tungsten and molybdenum and a metal material in the form of alloys and / and whether intermetallic compounds. 2. Композит по п.1, отличающийся тем, что металлический материал представляет собой сплав двух металлов или интерметаллический сплав систем Ti-Al, Ti-Ni и Ni-Al. 2. The composite according to claim 1, characterized in that the metallic material is an alloy of two metals or an intermetallic alloy of Ti-Al, Ti-Ni and Ni-Al systems. 3. Композит по п.1, отличающийся тем, что огнеупорный материал представляет собой борид или нитрид титана, а металлический материал является системой Ti-Al. 3. The composite according to claim 1, characterized in that the refractory material is boride or titanium nitride, and the metal material is a Ti-Al system. 4. Композит по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит, по крайней мере, 10 объемных процентов суперабразивных частиц, которые распределены внутри и вдоль указанных каркасных структур. 4. The composite according to claim 1, characterized in that it further comprises at least 10 volume percent of superabrasive particles that are distributed inside and along these frame structures. 5. Композит по п.1, отличающийся тем, что имеет открытую поверхность, на которой размещены и которая покрыта, по меньшей мере, 60% частиц суперабразивного материала. 5. The composite according to claim 1, characterized in that it has an open surface on which are placed and which is coated with at least 60% of the particles of superabrasive material. 6. Способ производства огнеупорного металлического композита, включающий смешивание порошка первого металла или металлов, являющихся алюминием и/или никелем с порошком, содержащим неметаллическую субстанцию, формование заготовки, помещение ее в пресс-форму и воспламенение заготовки для инициализации процесса СВС, отличающийся тем, что порошок алюминия и/или никеля смешивают с заранее смешанным порошком, содержащим второй металл, который может формировать сплав или интерметаллический компаунд с первым металлом или металлами, и неметаллическую субстанцию, пресс-форму вокруг заготовки заполняют огнеупорной средой передачи давления, при этом после воспламенения заготовки происходит образование каркасной структуры из огнеупорного компаунда и одновременно выделяется достаточное для плавления количество тепла, превращая хотя бы частично как первый, так и второй металлические материалы в жидкую форму, чтобы они могли проникать и заполнять полости внутри и вдоль указанных структур. 6. A method of manufacturing a refractory metal composite, comprising mixing a powder of a first metal or metals that are aluminum and / or nickel with a powder containing a non-metallic substance, molding a workpiece, placing it in a mold and igniting the workpiece to initiate the SHS process, characterized in that aluminum and / or nickel powder is mixed with a pre-mixed powder containing a second metal that can form an alloy or intermetallic compound with the first metal or metals, and non-metal The material substance, the mold around the workpiece are filled with a refractory pressure transfer medium, and after ignition of the workpiece, a frame structure is formed from the refractory compound and at the same time a sufficient amount of heat is released for melting, converting at least partially both the first and second metal materials into liquid form so that they can penetrate and fill the cavity inside and along these structures. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что процесс в пресс-форме проводят под давлением. 7. The method according to claim 6, characterized in that the process in the mold is carried out under pressure. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что заранее смешанный порошок дополнительно содержит суперабразивные частицы в виде алмазных частиц или частиц полиморфной модификации высокого давления нитрида бора. 8. The method according to claim 6, characterized in that the pre-mixed powder further comprises superabrasive particles in the form of diamond particles or particles of polymorphic modification of high pressure boron nitride. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что заранее смешанный порошок размещают в пресс-форме с распределением суперабразивных частиц на ее дне. 9. The method according to claim 6, characterized in that the pre-mixed powder is placed in the mold with the distribution of superabrasive particles at its bottom. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что пресс-форму сначала заполняют равномерным слоем суперабразивных частиц, а затем в нее загружают заготовку для обработки. 10. The method according to claim 6, characterized in that the mold is first filled with a uniform layer of superabrasive particles, and then the workpiece for processing is loaded into it. 11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что после помещения заготовки в пресс-форму вокруг нее размещают порошковую композицию, поддерживающую СВС процесс, которую используют для воспламенения саму по себе или в комбинации и в смеси с формовочным песком для опосредованного нагрева заготовки извне в процессе СВС и/или во время охлаждения. 11. The method according to p. 6, characterized in that after placing the preform in the mold, a powder composition is placed around it that supports the SHS process, which is used to ignite on its own or in combination and mixed with molding sand to indirectly heat the preform from the outside during the SHS process and / or during cooling. 12. Способ по п.6, отличающийся тем, что первый и второй металлы представляют собой алюминий и титан соответственно, а неметаллическая субстанция - углерод, содержащийся в молярном отношении TiAl/TiC от 30 до 80%. 12. The method according to claim 6, characterized in that the first and second metals are aluminum and titanium, respectively, and the non-metallic substance is carbon, contained in a molar ratio of TiAl / TiC from 30 to 80%. 13. Спеченный композит, содержащий суперабразив, содержащий матрицу и алмазные частицы или частицы полиморфных модификаций высокого давления нитрида бора, отличающийся тем, что матрица состоит из продуктов СВС, представляющих собой металлические и/или керамические субстанции, и вместе с суперабразивными частицами образует обжиговую смесь, при этом частицы суперабразива распределены в матрице целиком или на ее поверхности или в поверхностном слое, включая область, соответствующую рабочей поверхности. 13. Sintered composite containing a superabrasive containing a matrix and diamond particles or particles of polymorphic high-pressure modifications of boron nitride, characterized in that the matrix consists of SHS products, which are metal and / or ceramic substances, and together with superabrasive particles forms a firing mixture, wherein the superabrasive particles are distributed in the matrix as a whole or on its surface or in the surface layer, including the region corresponding to the working surface. 14. Композит по п.13, отличающийся тем, что матрица имеет поверхность, по крайней мере, 60% которой покрыта суперабразивом. 14. The composite according to item 13, wherein the matrix has a surface of at least 60% of which is coated with a superabrasive. 15. Композит по п.13, отличающийся тем, что суперабразивные частицы равномерно распределены по всей матрице. 15. The composite according to item 13, wherein the superabrasive particles are uniformly distributed throughout the matrix. 16. Композит по п.13, отличающийся тем, что суперабразивные частицы распределены в матрице только на поверхности и в неглубоком поверхностном слое. 16. The composite according to item 13, wherein the superabrasive particles are distributed in the matrix only on the surface and in a shallow surface layer. 17. Композит по п.13, отличающийся тем, что матрица содержит достаточное количество металла, выбранного из Al, Si, Fe, Co, Ni или Cu, либо сплава или интерметаллического компаунда, содержащего в основном указанный металл или металлы. 17. The composite according to item 13, wherein the matrix contains a sufficient amount of metal selected from Al, Si, Fe, Co, Ni or Cu, or an alloy or intermetallic compound containing mainly the specified metal or metals. 18. Композит по п.13, отличающийся тем, что матрица содержит достаточное количество керамического вещества, выбранного из SiC, Si₃N₄, B₄C, а также боридов, карбидов, нитридов или силицидов металла из четвертой по шестую группу Периодической таблицы.18. The composite according to item 13, wherein the matrix contains a sufficient amount of ceramic material selected from SiC, Si ₃ N ₄ , B ₄ C, as well as metal borides, carbides, nitrides or silicides from the fourth to the sixth group of the Periodic table. 19. Композит по п.13, отличающийся тем, что матрица представляет собой двухслойную структуру, состоящую в достаточной степени из одной и той же композиции, в которой один из слоев содержит суперабразивные частицы. 19. The composite according to item 13, wherein the matrix is a two-layer structure, consisting sufficiently of the same composition, in which one of the layers contains superabrasive particles. 20. Композит по п.13, отличающийся тем, что на суперабразивные частицы нанесено покрытие, которое сформировано непосредственно на частицах и которое состоит из металлического и/или неметаллического слоя. 20. The composite according to item 13, wherein the superabrasive particles are coated, which is formed directly on the particles and which consists of a metal and / or non-metallic layer. 21. Композит по п.20, отличающийся тем, что покрытие состоит из сплава или интерметаллического компаунда переходных металлов. 21. The composite according to claim 20, characterized in that the coating consists of an alloy or an intermetallic compound of transition metals. 22. Композит по п.20, отличающийся тем, что покрытие имеет толщину от 1 до 20% среднего размера частиц субстрата. 22. The composite according to claim 20, characterized in that the coating has a thickness of from 1 to 20% of the average particle size of the substrate. 23. Композит по п.20, отличающийся тем, что покрытие содержит достаточное количество, по крайней мере, одного металла, выбранного из Si, Ti, Mn, Fe, Zr, Mo и W и/или, по крайней мере, одного вещества, выбранного из карбида, нитрида или борида указанного металла. 23. The composite according to claim 20, characterized in that the coating contains a sufficient amount of at least one metal selected from Si, Ti, Mn, Fe, Zr, Mo and W and / or at least one substance, selected from carbide, nitride or boride of the specified metal. 24. Композит по п.20, отличающийся тем, что поверх покрытия нанесен второй слой, который содержит материал, в значительной степени отличающийся от внутреннего покрытия. 24. The composite according to claim 20, characterized in that a second layer is deposited on top of the coating, which contains material substantially different from the inner coating. 25. Композит по п.20, отличающийся тем, что второе покрытие содержит, по крайней мере, один из следующих материалов Al, Co, Ni, Cu, и также сплавы указанных металлов. 25. The composite according to claim 20, characterized in that the second coating contains at least one of the following materials Al, Co, Ni, Cu, and also alloys of these metals. 26. Композит по п.19, отличающийся тем, что матрица содержит только один или в комбинации карбид, борид или оксид переходного металла, SiC, Si₃N₄, Al₂O₃, B₄С, интерметаллический компаунд в системе Ni-Al или Ti-Al, или сплав Ni-Al-Ti, или Ni-Al-Ti-Cu.26. The composite according to claim 19, characterized in that the matrix contains only one or in combination carbide, boride or transition metal oxide, SiC, Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , B ₄ C, intermetallic compound in the Ni-Al system or Ti-Al, or an alloy of Ni-Al-Ti, or Ni-Al-Ti-Cu. 27. Композит по п.26, отличающийся тем, что матрица дополнительно содержит медь. 27. The composite according to p. 26, characterized in that the matrix further comprises copper. 28. Способ производства композита, содержащего суперабразив, включающий смешивание суперабразивного порошка с порошком материала матрицы, формование заготовки, нагрев заготовки при проведении процесса СВС и подведение давления к заготовке, отличающийся тем, что производят комбинирование суперабразивного порошка со смешанным материалом матрицы, содержащим связующий материал для абразива, при этом нагрев заготовки осуществляют с, по крайней мере, частичным расплавлением материала матрицы при сжатии и уплотнении заготовки посредством заполнения полостей, обеспечивая прочную адгезию суперабразивных частиц к материалу матрицы, а процесс СВС проводят между химическими компонентами, содержащимися в системе связующего материала, и/или химическая реакция происходит в химической системе, расположенной в непосредственной близости от заготовки, при этом производится и передается тепло в количестве, достаточном для указанного нагрева, а давление подводят к заготовке через 0,1 - 10 с с момента завершения процесса и удерживают дольше, чем 2 с, при этом величина давления такова, что суперабразивная субстанция остается метастабильной. 28. A method of manufacturing a composite containing a superabrasive comprising mixing a superabrasive powder with a powder of a matrix material, molding a preform, heating the preform during the SHS process and applying pressure to the preform, characterized in that the superabrasive powder is combined with a mixed matrix material containing a binder material for abrasive, while heating the workpiece is carried out with at least partial melting of the matrix material during compression and compaction of the workpiece by filling the cavities, ensuring strong adhesion of the superabrasive particles to the matrix material, and the SHS process is carried out between the chemical components contained in the binder system, and / or a chemical reaction occurs in a chemical system located in the immediate vicinity of the workpiece, and heat is produced and transferred to an amount sufficient for the indicated heating, and the pressure is brought to the workpiece in 0.1 - 10 s from the moment the process is completed and held for longer than 2 s, while the pressure is such that superabrasive substance remains metastable. 29. Способ по п.28, отличающийся тем, что процесс СВС происходит между компонентами матрицы. 29. The method according to p, characterized in that the SHS process occurs between the components of the matrix. 30. Способ по п.28, отличающийся тем, что процесс СВС происходит между компонентами, содержащимися в системе, расположенной в непосредственной близости от заготовки. 30. The method according to p, characterized in that the SHS process occurs between the components contained in the system located in the immediate vicinity of the workpiece. 31. Способ по п.28, отличающийся тем, что процесс СВС происходит между компонентами, содержащимися в заготовке, и субстанцией, содержащейся в атмосфере. 31. The method according to p, characterized in that the SHS process occurs between the components contained in the workpiece and the substance contained in the atmosphere. 32. Способ по п.28, отличающийся тем, что материал матрицы содержит металлический материал, выбранный из Al, Si, Fe, Co, Ni, Cu и сплавов и интерметаллических компаундов, содержащих по большей части указанные металлы, причем указанный материал расплавляется до текучего состояния. 32. The method according to p. 28, characterized in that the matrix material contains a metal material selected from Al, Si, Fe, Co, Ni, Cu and alloys and intermetallic compounds containing for the most part these metals, said material being molten to flow condition. 33. Способ по п.32, отличающийся тем, что материал матрицы содержит, по крайней мере, один интерметаллический компаунд в системе Ni-Al, Ti-Al и/или, по крайней мере, один сплав Ni-Al-Ti или Ni-Al-Ti-Cu. 33. The method according to p, characterized in that the matrix material contains at least one intermetallic compound in the Ni-Al, Ti-Al system and / or at least one Ni-Al-Ti or Ni- alloy Al-Ti-Cu. 34. Способ по п.28, отличающийся тем, что матрица содержит достаточное количество огнеупорного вещества, выбранного из SiC, Si₃N₄, B₄C и борида, карбида или нитрида металла из четвертой по шестую группы Периодической таблицы.34. The method according to p. 28, characterized in that the matrix contains a sufficient amount of refractory material selected from SiC, Si ₃ N ₄ , B ₄ C and metal boride, carbide or nitride from the fourth to sixth groups of the Periodic table. 35. Способ по п.28, отличающийся тем, что материал матрицы дополнительно содержит вещество для снижения концентрации, в достаточной степени нейтральное по отношению к указанному СВС процессу, и которое остается в нерасплавленном состоянии во время этого процесса. 35. The method according to p. 28, characterized in that the matrix material further comprises a substance to reduce the concentration, sufficiently neutral with respect to the specified SHS process, and which remains in the molten state during this process. 36. Способ по п.28, отличающийся тем, что для передачи давления используют среду, содержащую продукт СВС процесса и/или формовочный песок. 36. The method according to p. 28, characterized in that for the transmission of pressure using a medium containing the product of the SHS process and / or molding sand. 37. Способ по п.28, отличающийся тем, что суперабразив содержит алмазные частицы или частицы нитрида бора в полиформной модификации высокого давления. 37. The method according to p. 28, characterized in that the superabrasive contains diamond particles or particles of boron nitride in the polyform modification of high pressure. 38. Способ по п.28, отличающийся тем, что ко всей массе заготовки перед формованием равномерно добавляют суперабразивные частицы. 38. The method according to p, characterized in that superabrasive particles are uniformly added to the entire mass of the preform before molding. 39. Способ по п.28, отличающийся тем, что перед формованием к заготовке добавляют суперабразивные частицы, в неглубоком слое, только в той ее части, которая соответствует рабочей поверхности. 39. The method according to p. 28, characterized in that before molding to the workpiece add superabrasive particles, in a shallow layer, only in that part that corresponds to the working surface. 40. Способ по п.28, отличающийся тем, что суперабразивные частицы покрыты металлическими и/или керамическими материалами. 40. The method according to p, characterized in that the superabrasive particles are coated with metal and / or ceramic materials. 41. Способ по п.40, отличающийся тем, что химическая система содержит металл из четвертой по шестую группы Периодической таблицы, а также алюминий. 41. The method according to p, characterized in that the chemical system contains a metal from the fourth to the sixth group of the Periodic table, as well as aluminum. 42. Способ по п.28, отличающийся тем, что перед формованием суперабразивные частицы используют в смеси с порошком материала матрицы. 42. The method according to p. 28, characterized in that before forming the superabrasive particles are used in a mixture with the powder of the matrix material. 43. Способ по п.28, отличающийся тем, что из материала матрицы формируют первую заготовку, практически свободную от суперабразивных частиц, причем частицы подмешивают и распределяют к другой отдельной заготовке с идентичным или аналогичным составом, как и первая заготовка. 43. The method according to p. 28, characterized in that the matrix is formed of the first preform, practically free of superabrasive particles, the particles being mixed and distributed to another separate preform with the same or similar composition as the first preform. 44. Способ по п.40, отличающийся тем, что к порошковой смеси заготовки подмешивают от 0,2 до 15% TiH₂, по отношению к общему весу заготовки без веса суперабразива.44. The method according to claim 40, characterized in that 0.2 to 15% TiH ₂ is mixed with the powder mixture of the preform in relation to the total weight of the preform without the weight of the superabrasive. 45. Способ производства композита, содержащего суперабразив, включающий формование заготовки, нагрев заготовки при проведении процесса СВС и подведение давления к заготовке, отличающийся тем, что при формовании заготовки используют смешанный материал матрицы для абразива, при этом суперабразивные частицы размещают в поверхностном слое, соответствующем рабочей поверхности, а нагрев заготовки проводят с хотя бы частично расплавлением материала матрицы при сжатии и уплотнении заготовки посредством заполнения полостей, обеспечивая, таким образом, прочную адгезию суперабразивных частиц к материалу матрицы, при этом процесс СВС происходит между компонентами, содержащимися в системе связующего материала матрицы, и/или химическая реакция происходит в химической системе, расположенной в непосредственной близости от заготовки, при этом производится и передается тепло в количестве, достаточном для указанного нагрева, а давление подводят к заготовке через 0,1 - 10 с с момента завершения процесса и удерживают дольше, чем 2 с, при этом величина давления такова, что суперабразивная субстанция остается метастабильной. 45. A method of manufacturing a composite containing a superabrasive comprising forming a preform, heating the preform during the SHS process and applying pressure to the preform, characterized in that when forming the preform, mixed matrix material is used for abrasive, while the superabrasive particles are placed in the surface layer corresponding to the working surface, and heating the workpiece is carried out with at least partially melting the matrix material during compression and compaction of the workpiece by filling the cavities, providing, however Thus, strong adhesion of the superabrasive particles to the matrix material, while the SHS process occurs between the components contained in the matrix binder system, and / or a chemical reaction occurs in a chemical system located in the immediate vicinity of the workpiece, heat is produced and transferred to an amount sufficient for the indicated heating, and the pressure is brought to the workpiece in 0.1 - 10 s from the moment the process is completed and held for longer than 2 s, while the pressure is such that it is superabrasive ubstantsiya is metastable. 46. Способ по п.45, отличающийся тем, что процесс СВС происходит между компонентами матрицы. 46. The method according to item 45, wherein the SHS process occurs between the components of the matrix. 47. Способ по п.45, отличающийся тем, что процесс СВС происходит между компонентами, содержащимися в системе, расположенной в непосредственной близости от заготовки. 47. The method according to item 45, wherein the SHS process occurs between the components contained in the system located in the immediate vicinity of the workpiece. 48. Способ по п.45, отличающийся тем, что процесс СВС происходит между компонентами, содержащимися в заготовке, и субстанцией, содержащейся в атмосфере. 48. The method according to item 45, wherein the SHS process occurs between the components contained in the workpiece and the substance contained in the atmosphere. 49. Способ по п.45, отличающийся тем, что материал матрицы содержит металлический материал, выбранный из Al, Si, Fe, Co, Ni, Cu и сплавов и интерметаллических компаундов, содержащих по большей части указанные металлы, причем указанный материал расплавляется до текучего состояния. 49. The method according to item 45, wherein the matrix material contains a metal material selected from Al, Si, Fe, Co, Ni, Cu and alloys and intermetallic compounds containing for the most part these metals, said material being molten to flow condition. 50. Способ по п.49, отличающийся тем, что материал матрицы содержит, по крайней мере, один интерметаллический компаунд в системе Ni-Al, Ti-Al и/или, по крайней мере, один сплав Ni-Al-Ti или Ni-Al-Ti-Cu. 50. The method according to 49, characterized in that the matrix material contains at least one intermetallic compound in the Ni-Al, Ti-Al system and / or at least one alloy Ni-Al-Ti or Ni- Al-Ti-Cu. 51. Способ по п.45, отличающийся тем, что матрица содержит достаточное количество огнеупорного вещества, выбранного из SiC, Si₃N₄, B₄C и борида, карбида или нитрида металла из четвертой по шестую группы Периодической таблицы.51. The method according to item 45, wherein the matrix contains a sufficient amount of refractory material selected from SiC, Si ₃ N ₄ , B ₄ C and metal boride, carbide or nitride from the fourth to sixth groups of the Periodic table. 52. Способ по п.45, отличающийся тем, что материал матрицы дополнительно содержит вещество для снижения концентрации, в достаточной степени нейтральное по отношению к указанному СВС процессу, и которое остается в нерасплавленном состоянии во время этого процесса. 52. The method according to item 45, wherein the matrix material further comprises a substance to reduce the concentration, sufficiently neutral with respect to the specified SHS process, and which remains in the molten state during this process. 53. Способ по п.45, отличающийся тем, что для передачи давления используют среду, содержащую продукт СВС процесса и/или формовочный песок. 53. The method according to item 45, wherein a medium containing a product of the SHS process and / or foundry sand is used to transfer pressure. 54. Способ по п.45, отличающийся тем, что суперабразив содержит алмазные частицы или частицы нитрида бора в полиморфной модификации высокого давления. 54. The method according to item 45, wherein the superabrasive contains diamond particles or particles of boron nitride in a polymorphic high-pressure modification. 55. Способ по п.45, отличающийся тем, что ко всей массе заготовки перед формованием равномерно добавляют суперабразивные частицы. 55. The method according to item 45, wherein the superabrasive particles are uniformly added to the entire mass of the workpiece before molding. 56. Способ по п.45, отличающийся тем, что перед формованием к заготовке добавляют суперабразивные частицы, в неглубоком слое, только в той ее части, которая соответствует рабочей поверхности. 56. The method according to item 45, characterized in that before molding to the workpiece add superabrasive particles, in a shallow layer, only in that part that corresponds to the working surface. 57. Способ по п.45, отличающийся тем, что суперабразивные частицы покрыты металлическими и/или керамическими материалами. 57. The method according to item 45, wherein the superabrasive particles are coated with metal and / or ceramic materials. 58. Способ по п.57, отличающийся тем, что химическая система содержит металл из четвертой по шестую группы Периодической таблицы, а также алюминий. 58. The method according to clause 57, wherein the chemical system contains a metal from the fourth to the sixth group of the Periodic table, as well as aluminum. 59. Способ по п.45, отличающийся тем, что перед формованием суперабразивные частицы используют в смеси с порошком материала матрицы. 59. The method according to item 45, wherein the superabrasive particles are used in mixture with the powder of the matrix material before molding. 60. Способ по п.45, отличающийся тем, что из материала матрицы формируют первую заготовку, практически свободную от суперабразивных частиц, причем частицы подмешивают и распределяют к другой отдельной заготовке с идентичным или аналогичным составом, как и первая заготовка. 60. The method according to item 45, wherein the first preform is formed from the matrix material, which is practically free of superabrasive particles, the particles being mixed and distributed to another separate preform with the same or similar composition as the first preform. 61. Способ по п.57, отличающийся тем, что к порошковой смеси заготовки подмешивают от 0,2 до 15% TiH₂, по отношению к общему весу заготовки без веса суперабразива.61. The method according to claim 57, characterized in that 0.2 to 15% TiH ₂ is mixed with the powder mixture of the preform in relation to the total weight of the preform without the weight of the superabrasive.

Images