5.4. Синтетические сверхтвёрдые материалы и композиты

К синтетическим сверхтвёрдым материалам в настоящее время относят алмазы (моно- и поликристаллические), материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ), композиты, материалы, представляющие собой смеси алмазов или КНБ с другими веществами (твёрдыми сплавами, металлами и т.д.).

Синтетические алмазы. Перечислим марки монокристаллических синтетических алмазов в порядке нарастания механической прочности и абразивных качеств: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС (АСКС). Для изготовления бурового инструмента используют главным образом алмазы АСС зернистостью 8-10 шт/карат. Из них, например, производят коронки КАИ (опытные серии) и БСС конструкции ИСМ АН УССР.

К поликристаллическим алмазам относят балласы (АСБ), карбонадо (АСПК), СВ, СВС и СВСП. Эти алмазы близки по прочности к зёрнам АСК и АСС, но обладают более высокой ударной вязкостью и пониженной хрупкостью, и потому широко используются в буровом инструменте.

Материалы на основе КНБ. Кубический нитрид бора в природе отсутствует. Впервые получен в СССР в 1960 году институтом физики высоких давлений АН СССР. КНБ имеет несколько торговых марок: кубанит, выпускаемый Опытным заводом ИСМ АН Украины по технологии этого института, эльбор, выпускаемый санкт-петербургским заводом «Ильич» по технологии ВНИИАШ и собственной технологии, бельбор, синтезированный ИФТ и ПП АН Белоруссии и др.

Наиболее широко известен эльбор, твёрдость которого соизмерима с твёрдостью алмаза, а теплостойкость превышает теплостойкость алмаза и составляет около 1100С. Эти свойства эльбора и предопределяют возможность использования его в буровом инструменте. В противоположность алмазу эльбор инертен к железу, а низкие значения анизотропии свойств в различных направлениях (отклонение 10-14 %) определяют независимость механических свойств эльбора от ориентации кристалла и одинаковую эффективность всех работающих в инструменте зёрен.

Композиты. Из этих материалов следует отметить славутич (смесь алмаза и твёрдого сплава ВК), СВАБ и СВБМ (смесь алмаза и КНБ), а также алмет, представляющий собой алмазно-металлический агрегат с объёмным содержанием алмазов 65-95 %. В качестве металлического связующего в алмете используют титаносодержащие интерметаллидные соединения.

В буровом инструменте в настоящее время наиболее широко применяется славутич. Из него готовят долота для бурения нефтяных и газовых скважин, а также коронки для разведочного бурения на твёрдые ископаемые, кроме того, славутич широко используется в коронках БСИ и БСС в качестве подрезных резцов.

Рекомендательный библиографический список

1. Теоретическая механика. Статика: Учебное пособие / П.А. Журавлёв, А.Ф. Захаревич, Г.А. Колтон, Р.И. Шкадов. Ленинградский горный институт. - Л.; 1975. 142 с.

2. Мещерский И.В. Сборник задач по теоретической механике. – М.: Высшая школа, 198 , С.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов Учебник для вузов. – М.: Наука, 1976. 608 с.

4. Беляев Н.М. Сборник задач по сопротивлению материалов. Под ред. В.К. Качурина. – М.: Наука, 1970. 432 с.

5. Конокотов Н.С., Очнев В.Н. Строительные материалы. Основания и фундаменты. Конструкции гражданских и промышленных зданий: Учебное пособие. Ленинградский горный институт. – Л., 1988. 93 с.

6. Никифоров В.М. Технология материалов и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1968. 360 с.

7. Горшков Л.К. Синтетические сверхтвёрдые материалы в бурении: Текст лекций. – Л.: ЛГИ, 1985. 57 с.