Общий обзор особотвердых неметаллических материалов

13.09.2019

К твердым соединениям тугоплавких металлов относят карбиды, нитриды, бориды и силициды ряда металлов переходных групп. Эти соединения характеризуются высокой электро- и теплопроводностью, металлическим блеском и твердостью, почти всегда превышающей 8 по шкале Мооса. Силициды переходных металлов соответствуют этому определению лишь частично. Они хотя и обладают металлическим характером, но их твердость в большинстве случаев составляет не более 8 по Моосу.

Учитывая историческое развитие твердых сплавов, целесообразно упомянуть и о таких неметаллических высокотвердых материалах, как алмаз, карбид бора, карбид кремния и корунд. Имеется в виду, конечно, лишь применение этих материалов для резания и в качестве износоустойчивых.

Из возможных сочетаний углерода, азота, кремния и бора (причем Карбид бора можно рассматривать так же, как борид углерода, а карбид кремния как силицид углерода) в настоящем обзоре не упоминаются соединения углерода с азотом, бора с кремнием, а также бора и кремния с азотом, хотя нитрид бора в качестве твердого материала имеет существенное значение.

Алмаз и корунд (последний особенно в спеченном виде) применяют для режущих и шлифовальных инструментов, а также в качестве материалов для износоустойчивых деталей, например, для буров в горном деле, волок, направляющих роликов скольжения; в этих областях они конкурируют со спеченными твердыми сплавами. Карбид бора и карбид кремния не применяют в качестве материалов для режущих инструментов вследствие их малой прочности при изгибе. Карбид бора часто применяют в соплах пескоструйных аппаратов; карбид кремния — в качестве наполнителя в цементных смесях для настилки полов. Оба карбида благодаря их высокой твердости применяют в производстве твердых сплавов для шлифования различных инструментов и волок.

Карборундовые диски широко применяют для шлифования режущих инструментов с наваренными пластинками твердых сплавов. Карбид бора применяют чаще всего (в чистом виде и в сочетании с алмазом) при обработке твердосплавных волок.

Представление о пригодности неметаллических твердых материалов в качестве режущих и износоустойчивых можно получить по данным табл. 76, где механические и физические свойства этих материалов сопоставлены со свойствами некоторых классических металлических твердых соединений и сплавов.

Почти все перечисленные неметаллические твердые материалы уже испытаны и применены для резания. Алмаз и поныне находит широкое применение для тонкой расточки, шлифовки и обточки таких материалов, как слюда, стекло, кварц и т. п. Чистый литой карбид бора плохо зарекомендовал себя в этой области, спеченная окись алюминия оправдала себя лишь частично, а карбид кремния и вовсе не оправдал себя.

При изучении твердых материалов, не содержащих карбида вольфрама, Киффер и Кельбль считали, что возможность их применения для обработки металлов резанием определяется не только высокой твердостью, но и минимально необходимыми сопротивлением изгибу, пределом прочности при сжатии и вязкостью. Прочность алмаза является, по-видимому, нижним пределом, определяющим возможность применения режущих материалов. Пример спеченного корунда или спеченного сплава AbO3—Cr2O3 показывает, что вторым необходимым условием возможности применения хрупких твердых материалов для резания является твердость по Виккерсу не ниже 3000 кг/мм2.

В качестве износоустойчивого материала для волок, часовых камней (подшипников) и коронок буров в горном деле алмаз, несмотря на относительно низкий предел прочности при растяжении, явно превосходит остальные твердые материалы при условии отсутствия каких-либо ударных нагрузок. Для крупных волок или для ударного бурения он не подходит, так как, помимо его высокой стоимости при большом числе карат, он не может выдержать высокого давления, характерного для предварительного волочения и толчков при ударном бурении.

Физико-химические свойства спеченной или литой окиси алюминия позволяют успешно применять этот износостойкий материал в виде роликов, шайб, стержней, параллелей, подшипников и т. п. Ударных нагрузок и толчков он, однако, не выдерживает.

Карбид бора можно применять, подобно карбиду кремния, в качестве материала для шлифования и с меньшим успехом, чем классические твердые материалы, при изготовлении сопел пескоструйных аппаратов. Попытки цементирования карбидов кремния и бора вязкими металлами не увенчались успехом, так же как и попытки приготовления спеченных твердых растворов этих карбидов с карбидами переходных металлов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна