Логотип
специальность 130203
На главную Карта сайта Написать письмо
Специальность 130203 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых»

Специализация «Технология бурения геологоразведочных скважин»
info@mosgeonet.ru

Библиотека

СИНТЕТИЧЕСКИЕ АЛМАЗЫ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ (часть 1)

В настоящее время в странах СНГ в буровом породоразрушающем инструменте используются как природные, так и синтетические алмазы, а также композиционные материалы на основе синтетических алмазов.

В качестве объемных алмазов из синтетического сырья используются поликристаллические алмазы марки АРСЗ и АРК4 размером 500-2500 мкм (7-400 шт/кар), получаемые путем дробления синтетических алмазов типа «спеки», спеки цилиндрической формы марки СВСП (0,4-0,8 кар).

Синтетические поликристаллические алмазы АРК4 и АРВ1 (ГОСТ 9206-80) или АСПК и АСБ соответственно с плотными поликристаллическими образованиями с однородной мелкозернистой структурой, получаемыми из графита путем синтеза в присутствии металлорастворителей. Выпускаются под названием карбонадо в виде цилиндров диаметром 2,3 и 4 мм, длиной до 4 мм, или под названием баллас. По динамической прочности алмазы АРК4 превосходят природные монокристаллические алмазы.

Синтетические поликристаллические алмазы АРСЗ (ГОСТ 9206-80) или СВСП представлены цилиндрами размером 4x4 мм и массой 0,6-6,8 кар, имеют светло-серый цвет. Могут поставляться в дробленом виде.

Наибольшее распространение для изготовления алмазных коронок получили синтетические поликристаллические алмазы марки АРК4 (дробленые карбонадо АСПК) и АРСЗ (спеки СВСП). Зернистость дробленых синтетических поликристаллических характеризует их размер и измеряется в микрометрах для основной фракции, преобладающей по массе. Размер зерен каждой фракции алмазных зерен определяют по размерам ячеек в свету двух контрольных сит, причем через верхнее сито зерна должны проходить, а на нижнем - задерживаться. Поэтому зернистость алмазов обозначается дробью, числитель которой соответствует размеру стороны ячейки верхнего сита, а знаменатель - размеру стороны ячейки нижнего сита. Зернистость выпускаемых поликристаллических алмазов (в мкм) и соответствующие ей значения прочности алмазных зерен (в Н) марок АРК4 и АРСЗ приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Благодаря повышенной термостойкости алмазы АРСЗ могут применяться для оснащения буровых коронок при обычной технологии спекания матрицы. По износостойкости АРСЗ не уступают природным алмазам.

Синтетические монокристаллические алмазы выпускаются (ГОСТ 0206-80) следующих марок: АСО (обычной прочности), АСР (повышенной прочности), АСВ (высокой прочности) и АСС (сверхпрочные). Эти алмазы имеют размер зерен 0,04-1 мм, а также выпускаются микропорошки из этих алмазов с размерами зерен от 1 до 60 мкм. Твердость алмазов АСС составляет 80-100 кН/мм .

В институте сверхтвердых материалов Национальной Академии наук Украины им. В.Н. Бакуля (ИСМ НАНУ) разработаны и выпускаются для оснащения бурового инструмента монокристаллические синтетические алмазы (СА), сверхтвердые композиционные алмазосодержащие материалы типа твесал и алмазно-твердосплавные пластины (АТП).

Для оснащения бурового инструмента используются монокристаллические СА с размерами зерен от 650/500 до 250/200 мкм. Цифровой индекс марки алмазов обозначает среднюю арифметическую величину показателей прочности на сжатие всех зернистостей определенной марки. Например, АС 100 -алмаз синтетический со средней прочностью зерен 100 Н.

Поскольку при синтезе образуются зерна СА различного качества, большое значение приобретает использование методов их сортировки (по форме, характеру поверхности, магнитным свойствам и др.), обеспечивающих отбор алмазов необходимого качества.

В данном разделе приведены сведения только о тех свойствах СА, которые оказывают существенное влияние на работоспособность алмаза в буровом инструменте.

Значения прочности СА и области применения в буровом инструменте представлены в табл. 6.4 и 6.5.

Таблица 6.4

Таблица 6.5

Обычно кристаллы СА окрашены в желтый цвет, и их размер не превышает 1 мм. От природных синтетические алмазы отличаются только тем, что они имеют включения металлов-растворителей.

У кристаллов СА отмечено резкое снижение прочности после нагрева свыше 800 °С, что объясняется растрескиванием зерен, возникающим вследствие возрастания внутренних напряжений вокруг включений металлов-растворителей. Это обусловлено различием коэффициентов температурного расширения и сжимаемостей алмазов и металла растворителя, плавлением включений и графитизацией алмаза вокруг них. Объем включений при этом увеличивается на 15-20 %.

Величина снижения прочности СА после термообработки выражается коэффициентом термопрочности, показывающим, во сколько раз уменьшается прочность зерен после нагрева до 1200 °С в водородной среде, и зависит от содержания включений и их состава, которые определяются условиями роста кристаллов.

 

"Разведочное бурение" / А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев, "Недра" М 2000

Вернуться в списку статей