×
10.07.2019
219.017.b01b

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АЛМАЗ - КАРБИД КРЕМНИЯ - КРЕМНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам обработки поверхности деталей из композиционных материалов типа «алмаз - карбид кремния - кремний» и может быть использовано, в частности, при изготовлении инструмента и конструкционных деталей для машиностроения. Способ обработки характеризуется тем, что подвергаемую обработке поверхность детали из композиционного материала совмещают с аналогичной по форме поверхностью стальной пластины и осуществляют термообработку в вакууме в несколько стадий, заменяя на каждой стадии стальную пластину. Все термообработки, кроме последней, проводят при 1210-1250°С, а последнюю термообработку проводят при 1150-1190°. В качестве стальной пластины используют пластину, изготовленную из нелегированной стали с содержанием углерода менее 1,0 мас.%. При температурах 1210-1250°С происходит активное растворение в стали алмазных зерен и карбидокремниевой матрицы. Наиболее интенсивно процесс протекает в течение 1-2 минут, за которые происходит удаление 30-100 мкм материала. Последняя термообработка нужна для уменьшения шероховатости композита. Технический результат изобретения - удаление с поверхности алмаз-карбидокремниевого композита слоя определенной толщины. 1 з.п. ф-лы.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам обработки поверхности композиционных материалов, которые могут быть использованы в качестве конструкционных деталей машиностроения и в качестве инструмента.

Композиционные материалы алмаз - карбид кремния - кремний обладают хорошей комбинацией свойств: высокий модуль упругости, высокая твердость и высокая теплопроводность. Поэтому они представляют интерес для применения в различных областях машиностроения. Получение таких материалов описано в ряде патентов [1-3].

Однако высокая твердость композитов крайне затрудняет обработку изготовленных из них деталей традиционными методами: входящие в структуру материала алмаз и карбид кремния крайне негативно воздействуют на обрабатывающий инструмент, приводя к его быстрому износу. При этом сам композиционный материал практически не изнашивается (не обрабатывается). Поэтому весьма актуальным является поиск нетрадиционных методов обработки таких композитов.

Известен способ обработки самого твердого в природе материала - алмаза, описанный в патенте США №4339304 [1982 г., кл. COIB 31/00]. Способ включает в себя приведение алмаза в контакт с пластиной, изготовленной из металла или сплава, способного растворять углерод при температурах 600-1800°С, в вакууме или газовой атмосфере. При этом предпочтительно использовать такие металлы, как железо, никель, платина, или их сплавы. Сущность известного способа состоит в термодиффузионных процессах, протекающих на границе алмаз/металл. При высоких температурах происходит активное растворение углерода (из которого сформирован алмаз) в металле. За счет этого по окончании термообработки с поверхности алмаза удаляется слой определенной толщины.

Недостатком известного способа является то, что он не может быть использован для обработки поверхности композитов алмаз-карбид кремния-кремний, т.к. в отличие от алмаза, в его структуру входят другие фазы, а именно кремний и карбид кремния.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и обеспечение обработки поверхности деталей из композиционных материалов алмаз - карбид кремния - кремний.

Указанный технический результат достигается тем, что при обработке композита его поверхность совмещают с поверхностью стальной пластины и осуществляют термообработку в вакууме при температуре 1150-1250°С. При этом процесс повторяют несколько раз. Все термообработки, кроме последней, проводят при температуре 1210-1250°С, а последнюю термообработку - при 1150-1190°С. При каждой термообработке используют новую стальную пластину.

Предпочтительно использование пластин, изготовленных из нелегированных сталей с содержанием углерода менее 1 мас.%.

Выполненные эксперименты показали, что проведение термообработок (кроме последней) при температуре ниже 1210°С обеспечивает низкую производительность процесса за счет малой скорости растворения в металле карбида кремния и кремния в этих условиях. Проведение термообработки при температурах выше 1250°С нецелесообразно, т.к. повышение температуры не приводит к интенсификации процесса, но усложняет технологический процесс. Последняя термообработка, как будет показано ниже, ставит своей целью удаление с поверхности выступов, сформированных алмазными зернами. Поэтому в этом случае термообработку осуществляют при температуре не ниже 1150°С, т.к. при более низких температурах процесс протекает медленно и неустойчиво. При температуре выше 1190°С не удается добиться требуемого качества поверхности. Предпочтительно использовать стальные пластины из нелегированных сталей с содержанием углерода менее 1 мас.%, т.к. при большем содержании углерода в стали процесс происходит с заметно меньшими скоростями.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. Композит алмаз - карбид кремния - кремний сформирован из алмазных зерен, связанных между собой матрицей, состоящей из карбида кремния и кремния. Соотношение фаз в материале может быть различным, но в большинстве случаев содержание алмаза 40-70%об., карбида кремния 25-50%об., кремния 5-15%об. Таким образом, состав материала сформирован двумя химическими элементами: кремнием и углеродом. Предлагаемый способ основан на термодиффузионном растворении в металле (стали) кремния и углерода. Хорошо известно, что железо активно образует твердые растворы и химические соединения с кремнием и углеродом. Именно эти процессы были положены в основу создания широкой номенклатуры сталей и чугунов. В ходе выполненных экспериментов было установлено, что при термообработке композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний, находящегося в контакте со сталью (например, две пластины, одна из которых представляет собой обрабатываемую деталь из композиционного материала, а другая - из стали, наложенные друг на друга) при температуре выше 1150°С происходит уменьшение размеров композита (высоты пластины) и уменьшение шероховатости поверхности за счет растворения поверхностного слоя в металле. Однако в этих условиях травление алмазных зерен происходит более интенсивно, чем карбидокремниевой матрицы композита. Было установлено, что процесс травления активизируется при температурах выше 1210°С. Отмечено, что в этом случае происходит активное растворение в стали не только алмазных зерен, но и карбидокремниевой матрицы. Причем скорость травления матрицы даже превышает скорость травления алмазных зерен.

Было установлено, что скорость термодиффузионного растворения компонентов композита в стали значительно снижается во времени: наиболее интенсивно процесс протекает в течение 1-2 минут, за которые происходит удаление 30-100 мкм материала. Поэтому для более глубокой обработки композита стадию термодиффузионной обработки повторяют несколько раз, используя в каждом случае новые стальные пластины. Как уже отмечалось, особенность термообработки при температурах 1210-1250°С состоит в том, что скорость травления карбидокремниевой матрицы выше скорости травления алмаза. Поэтому поверхность композита после такой обработки имеет относительно высокую шероховатость, сформированную выступающими алмазными зернами. Для уменьшения шероховатости уже обработанного в нужный размер композита осуществляют дополнительную стадию термообработки, проводимую при температуре 1150-1190°С. Активное растворение алмазных зерен в стали при этих условиях позволяет удалить выступы на поверхности и уменьшить шероховатость поверхности композита.

Следующий пример подтверждает сущность предлагаемого технического решения.

Пример. Обработке подвергают пластину 9×9 мм и толщиной 3,02 мм из композиционного материала состава: алмаз 59%об., карбид кремния 34%об., кремний 7%об. Для проведения обработки пластину из композита укладывают на пластину из стали марки Ст10 (содержание углерода в стали 0,1 мас.%) размером 20×20×3 мм, отшлифованной до Rz=2 мкм. Собранные вместе пластины помещают в трубную ламповую печь, обеспечивающую нагрев обрабатываемых материалов галогеновыми лампами. Термообработку проводят в вакууме 0,1 мм рт.ст. при температуре 1240°С в течение 2 минут. После термообработки стальную пластину удаляют. Толщина пластины из композита после термообработки 2,94 мм. Повторную термообработку осуществляют тем же образом, что и первую, при этом используют новую (нетермообработанную) стальную пластину. Толщина пластины из композита после второй термообработки 2,88 мм. После двух проведенных термообработок поверхность пластины образована выступающими из карбидокремниевой матрицы зернами алмаза. Третью - окончательную обработку осуществляют аналогично первым двум, но при температуре 1160°С в течение 1 минуты. После окончательной обработки происходит выравнивание поверхности: отсутствует выступание зерен алмаза над карбидокремниевой матрицей композита. Толщина пластины композита 2,84 мм. Тем самым за счет проведения трех термообработок пластина из композиционного материала обработана по толщине на 0,18 мм.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет обрабатывать композиты алмаз - карбид кремния с довольно высокой производительностью, обеспечивая при этом большой съем материала высокой твердости.

Источники информации

1. Патент РФ №2131805, кл. B24D 3/16.

2. Патент РФ №2151126, кл. С04В 35/52.

3. Патент РФ №2206502, кл. С01В 31/06.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 251.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2c

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей. Согласно заявленному способу для измерения температуры поверхности конструкции чувствительный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476835
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2d

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. Согласно заявленному способу определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента регистрируют температуру воздействия и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476836
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c32

Устройство для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления. Устройство содержит датчик с емкостным чувствительным элементом с обкладками конденсатора и экранами, усилитель заряда, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476841
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c33

Устройство для измерения давления, температуры и теплового потока

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения в заданном участке температуры, теплового потока и давления. Техническим результатом изобретения является расширение области применения, повышение информативности и точности измерения давления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476842
Дата охранного документа: 27.02.2013
Показаны записи 1-10 из 47.
10.02.2013
№216.012.24cb

Интегральная схема свч

Изобретение относится к электронной технике, а именно интегральным схемам СВЧ, и может быть широко использовано в электронной технике СВЧ, в частности в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками (ФАР). Технический результат - улучшение электрических характеристик, повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474921
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.04.2013
№216.012.3593

Способ адресной доставки фармакологических средств в центральную нервную систему живого организма

Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано для направленной доставки фармакологических средств в центральную нервную систему живого организма. Для этого осуществляют хирургический доступ к месту центральной нервной системы, выбранному для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479268
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.4805

Способ получения пористого наноструктурного карбида кремния

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при изготовлении носителей катализаторов, фильтров, материалов для электроники. В качестве исходных материалов используют порошки кремния и алмаза детонационного синтеза, которые смешивают в массовом соотношении кремний :...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484017
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.08.2013
№216.012.5d67

Способ получения пластины комбинированного поликристаллического и монокристаллического алмаза

Изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489532
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5e53

Способ получения пористого слоя оксида алюминия на изолирующей подложке

Изобретение относится к области получения структур, используемых, например, для изготовления полевых транзисторов и элементов памяти, необходимых для применения в микроэлектронике, системотехнике. Предложен способ получения пористых слоев оксида алюминия на изолирующих подложках. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489768
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5e55

Гибридная интегральная схема свч

Изобретение относится к гибридным интегральным схемам СВЧ и предназначено для радиоэлектронных устройств различного назначения, в том числе радиолокационных станции с фазированными антенными решетками (ФАР). Технический результат - улучшение электрических характеристик гибридных интегральных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489770
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.04.2015
№216.013.39db

Способ лечения онкологических опухолевых заболеваний

Изобретение относится к области медицины и ветеринарии, а именно - направленной доставке лекарственных средств в живом организме. Задачей предлагаемого изобретения является упрощение адресной доставки лекарственного средства в онкологическую опухоль и повышения локальности доставки лекарств в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546299
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.07.2015
№216.013.64aa

Способ изготовления интегральной схемы свч

Изобретение относится к электронной технике. В способе изготовления интегральной схемы СВЧ, включающем изготовление диэлектрической подложки из алмаза толщиной 100-200 мкм, нанесение на нее металлизационного покрытия, формирование активных и пассивных элементов, элементов линий передачи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557317
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.09.2015
№216.013.7ccb

Полупроводниковая гетероструктура

Изобретение относится к электронной технике. Полупроводниковая гетероструктура для мощного полевого транзистора СВЧ содержит на монокристаллической полуизолирующей подложке арсенида галлия последовательность полупроводниковых слоев каждый с заданными функциональными свойствами и техническими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563544
Дата охранного документа: 20.09.2015
10.12.2015
№216.013.964f

Способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры

Изобретение относится к электронной технике. Способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры для мощного полевого транзистора СВЧ включает расположение предварительно обработанной монокристаллической полуизолирующей подложки арсенида галлия на подложкодержатель в реакторе газофазной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570099
Дата охранного документа: 10.12.2015
+ добавить свой РИД