Залежність статичної міцності крупних кристалів синтетичного алмазу типу Ib октаедричного габітусу, після хіміко-термічної та термічнорї обробок, від їх розміру

Abstract

Зростаючі вимоги до якості бурового інструменту змушують переглядати традиційні способи їх виробництва і розробляти нові альтернативні технології. Розглянуто деякі питання, пов'язані із можливістю підвищення ефективності бурового інструменту з використанням монокристалів алмазу. Резерв підвищення якості бурових коронок лежить у сфері використання великих, високоміцних, немагнітних алмазів. Наукові дослідження у цій сфері показали, що ефективність процесу буріння значною мірою залежить від механічних властивостей монокристалів таких, як межа міцності та твердість. Зерна працюють при навантаженні близькому до критичного, що може призвести до повного руйнування монокристалів замість поетапного сколювання з формуванням нових ріжучих кромок. Наведено результати експериментального дослідження впливу окремих етапів технологічного процесу виготовлення бурового інструменту, а саме: хіміко-термічної обробки та відпалу при 1150°С, на величину статичної міцності великих кристалів синтетичних алмазів типу Ib октаедричного габітусу. Вперше отримано залежність цієї величини від геометричних розмірів монокристалів. Максимальне значення статичної міцності, що було отримано, становило 8750 Н. Експериментально підтверджено, що із збільшенням руйнівного навантаження зменшується розмір уламків. З міркування забезпечення достатньої міцності ріжучої частини бурового інструменту доцільно обмежити розмір монокристалів до 1000 ... 1200 мкм оскільки для них значення критичного навантаження вище, ніж для кристалів розмір яких 1300 мкм і більше, що згідно з теорією, пов'язане зі збільшенням числа дефектів та включень відповідно до їх розмірів. Виконаний аналіз дозволив ввести коригування в аспекти прояву масштабного ефекту при випробуваннях властивостей міцності монокристалів алмазу.

Increasing demands on the quality of drilling tools are forcing us to revise the traditional methods of their production and develop new alternative technologies. Some issues related to the possibility of increasing the efficiency of a drilling tool using diamond single crystals are considered. It has been suggested that a further reserve for improving the quality of drill bits lies in the use of large, high-strength, non-magnetic diamonds. Scientific research in this area has shown that the efficiency of the drilling process largely depends on the mechanical properties of single crystals, such as tensile strength and hardness. The grains operate under a load close to critical, which can lead to the complete destruction of single crystals instead of gradual chipping with the formation of new cutting edges. The results of an experimental study of the influence of individual stages of the drilling tool manufacturing process, namely, chemical-thermal treatment and annealing at 1150°C, on the static strength of large type Ib synthetic diamond crystals with an octahedral habit are presented. The dependence of this quantity on the geometric dimensions of single crystals was obtained for the first time. The achieved maximum value of static strength was 8750 N. It was experimentally confirmed that with an increase in the breaking load, the size of the fragments decreases. In order to ensure sufficient strength of the cutting part of the drilling tool, it is advisable to limit the size of single crystals to 1000–1200 µm, since the critical load values for them are higher than for crystals whose size is 1300 µm or more, which, according to the theory, is associated with an increase in the number of defects and inclusions in proportion to size. The performed analysis made it possible to make adjustments to aspects of the manifestation of the scale effect when testing the strength properties of diamond single crystals.