Применяемые для лезвийного инструмента СТМ являются плотными модификациями углерода и нитрида бора. Впервые синтетический алмаз и кубический нитрид бора были получены методом каталитического синтеза. В СССР сверхтвердые фазы углерода и нитрида бора были получены в 1959 г. под руководством академика Л. Ф. Верещагина также методом каталитического синтеза при высоких статических давлениях. В результате прямого фазового перехода в однокомпонентной системе алмаз был впервые синтезирован в 1961 г. путем ударного сжатия графита, а путем статического сжатия - в 1963 г. Одновременно с этим был осуществлен и бескатализатор ный синтез плотных модификаций нитрида бора при статическом сжатии. В условиях ударного сжатия образование вюрцитной модификации при прямом фазовом переходе было впервые зафиксировано в СССР Л. В. Альтшулером и А. Н. Дре-миным.

Размеры получаемых такими способами СТМ, как правило, не превышали долей миллиметра; СТМ являлись монокристалла.ми или представляли собой поликристаллические агрегаты, состоящие из отдельных монокристаллических зерен. Небольшие размеры синтезируемых зерен СТМ предопределили перюначальное их использование только в абразивных инструментах.

Применение их для изготовления лезвийного инструмента стало возможным после получения алмаза и нитрида бора в виде крупных поликристаллических образований. Графит и графито-подобный нитрид бора, имеющие слоистую структуру, являются очень мягкими материалами. Их смазывающие свойства объясняются легкостью скольжения плоскостей относительно друг друга. Графитоподобный нитрид бора получил название белого графита . Алмаз и плотные модификации нитрида бора, имеющие тетраэдрическое распределение атомов в решетке, являются самыми твердыми структурами.

Области существования различных полиморфных модификаций определяются фазовой диаграммой, которая содержит кривые равновесия всех стабильных фаз. На рис. 1.1 представлена фазовая диаграмма углерода и нитрида бора. Она определяет области термодинамической стабильности и относительную устойчивость

различных модификаций углерода и нитрида бора. Линия 1 диаграмм состояния углерода и нитрида бора является линией равновесия слоистых и тетраэдрических фаз. При давлении ниже линии / термодинамически стабильными модификациями углерода и нитрида бора являются графит и графитоподобный нитрид бора BNr, выше линии / - тетраэдрнческие фазы углерода и нитрида бора. При нормальных условиях стабильными фазами углерода и нитрида бора являются графит и графитоподобный нитрид бора. Линия 5 является линией плавления углерода и нитрида бора. К линии 1 на диаграмме состояния примыкают заштрихованные области, которые соответствуют реализуемым на практике p-fO-ima превращениям графита

- Z

Гексаго- Кубический \

нальный алмаз \

алмаз \

Щ ВНсф \

1000 2000 3000 ШОТгС

В алмаз и BNr - в кубический нитрид бора (сфалеригный) ВЫсф в присутствии специально вводимых добавок - катализаторов - растворителей. Поел эдние позволяют при&лизить ус-ловия образования ал-маза и ВКсф к равновес-

Рис. 1.1. Диаграмма состоя. ния углерода и нитрида бора:

/ - линия равновесия слоистых и тетраэдрических фаз; 2 - ли ния равновесия прямых фазо вых переходов; 3 - линия плав леиия

ным И снизить необходимое давление превращения. Превращение графита и BNr в плотные модификации возможно также и в результате прямого превращения в однокомпонентной системе без катализаторов или растворителей.

Заштрихованная область 2 на диаграмме состояния показывает температурную зависимость порогового давления прямых фазовых переходов.

Таким образом, с термодинамической точки зрения для синтеза плотных модификаций углерода и нитрида бора необходимо попасть в определенную область их фазовых диаграмм путем изменения давления и температуры. На практике это достигается путем статического или динамического сжатия графита или графи-то подобного нитрида бора.

В настоящее время существует большое разнообразие СТМ на основе плотных модификаций нитрида бора. Они различаются технологией их получения, структурой и основными физико-механическими свойствами.

Технология их получения основана на трех физико-химических процессах:

1) фазовом переходе графито подобно го нитрида бора в кубический: BN?-> ВЫсф;

2) фазовом переходе вюрцитного нитрида бора в кубический:

BNf->ВЫсф;

3) спекании частиц ВЫсф.

Все СТМ, выпускаемые в СССР и за рубежом, в зависимости от вида основного процесса, протекающего при синтезе и определяющего свойства СТМ, можно разделить на три группы.

1. СТМ, синтез которых основан на фазовом превращении графито подобно го нитрида бора в кубический. Поликристаллические сверхтвердые материалы, полученные таким способом, состоят из зерен ВЫсф, а при использовании в процессе синтеза катализаторов - и из сопутствующих фаз, образующихся в процессе синтеза. Все разновидности СТМ этой группы отличаются друг от друга наличием или отсутствием катализатора, его видом, структурой и зернистостью исходного BNr, параметрами синтеза и т. д. Из материалов этой группы в СССР в настоящее время производят композит 01 - эльбор РМ и композит 02 - белбор. За рубежом СТМ этой группы не выпускают.

2. СТМ, получение которых основано на частичном или полном превращении вюрцитного нитрида бора в кубический: BNb ->

ВЫсф. Отдельные материалы этой группы отличаются друг от друга в основном составом исходной шихты, не меняющим принципиальным образом их свойства [исходная шихта BNb; BNb + -f BNcф; BNb + BNcф -f связующее; активированный BNb и (или) BNcф и т. д. ]. В СССР в настоящее время из материалов этой группы производят однослойный и двухслойный композит 10 (гексанит-Р) и различные модификации композита 09 (ПТНБ, ПТНБ-ИК и др.). За рубежом выпуск материалов данного класса с использованием превращения вюрцитного нитрида бора осуществляется в Японии фирмой Ниппон Ойл Фате . Материал разработан фирмой совместно с токийским государственным университетом и выпускается под торговым названием вюрцин.

3. СТМ, получение которых основано на спекании частиц BNcф. Эта группа материалов является самой многочисленной, так как возможны различные варианты связки и технологии спекания. Материалы различаются размером, структурой и свойствами используемого зерна BNcф, составом, видом, дисперсностью и химической активностью связующего - металлов, карбидов, нитридов, карбонитридов, оксидов и др., а также технологией спекания. При этом возможно использование следующих технологических процессов: простое вдавливание частиц BNcф в металлическую матрицу, спекание зерен BNcф с зернами связки, спекание в усло-