УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ КРИСТАЛЛА АЛМАЗА В ЗАДАННОМ ПОЛОЖЕНИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИНСТРУМЕНТА

Область применения
Полезная модель относится к устройствам для удержания монокристаллов алмаза в заданном положении в процессе спекания или пайки в условиях вакуума или защитной атмосферы. Устройство может быть использовано при изготовлении алмазных инструментов с ориентированным расположением кристалла алмаза, например, монокристаллического алмазного сверла малого диаметра, в котором диаметр корпуса-держателя сверла меньше самого кристалла алмаза.
Уровень техники
Известно устройство для изготовления алмазного правящего инструмента с ориентированным расположением кристаллов алмаза, включающее установочный элемент в виде диска, на котором выполнены пирамидальные углубления с равными углами при вершине и различной глубины - большой и малой [1] (Авт. свид. №831591, опубл. 23.01.1981 г.). Корпус (оправу) инструмента, имеющий отверстие с запаянным заподлицо соответствующим связующим веществом, устанавливают в устройство так, чтобы кристалл алмаза сначала контактировал с пирамидальным углублением большой глубины. При размягчении связующего вещества кристалл алмаза погружают в него до тех пор, пока позволит установочный элемент. После затвердевания связующего вещества в контакт с кристаллом алмаза вводят пирамидальное углубление меньшей глубины и размягчают связующее вещество и погружают кристалл на окончательную глубину. Устройство обеспечивает точное расположение вектора твердости алмаза относительно корпуса (оправы) инструмента путем поэтапного погружения алмаза с помощью установочного элемента с пирамидальными углублениями различных размеров по глубине. Недостатком известного технического решения является сложность и трудоемкость конструкции, низкая производительность при изготовлении алмазных инструментов, а также необходимость использования повторного цикла нагревания-охлаждения связующего вещества, что повышает риск образования микротрещин и разупрочнение кристалла алмаза в особенности синтетических, менее термостойких по сравнению с природными алмазами. Кроме того, известное устройство не работает при изготовлении алмазных инструментов, когда диаметр держателя инструмента меньше размера самого кристалла алмаза, как это имеет место, например, при изготовлении монокристального алмазного сверла с диаметром менее 0,8 мм [2] (Патент РФ №2270743, класс B23K 35/28, B23K 35/30, приоритет от 14.02.2002 г., опубл. 27.08.2003 г.).
Целью предлагаемой полезной модели является создание простого компактного и многоразового устройства для выставления и удержания заданной ориентации кристалла алмаза при его спекании или пайке.
Техническим результатом полезной модели является снижение производственных затрат, обеспечение технологичности и высокой производительности изготовления алмазных инструментов.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показана конструкция устройства для удержания кристалла алмазов в заданном положении при спекании или пайке с корпусом-держателем инструмента.
Сущность устройства
Технический результат достигается тем, что устройство для удержания кристалла алмазов в заданном положении при спекании или пайке с корпусом-держателем инструмента выполнен из стали в виде цилиндрического стакана, имеющего, с глухой стороны на продольной оси, сквозное отверстие в форме усеченного конуса диаметром 0,2-0,5 мм, и по бокам стакана на верхней ее части два косых плоских среза, причем внутренний диаметр цилиндрического стакана сопряжен с наибольшим диаметром нерабочей части корпуса-держателя инструмента, обеспечивающей возможность стакана вращаться и перемещаться, соответственно, вокруг и вдоль продольной оси корпуса-держателя кристалла алмаза.
Процесс установки и задание необходимой ориентации кристалла алмаза при спекании или пайке иллюстрируется на примере изготовления монокристаллического сверла малого диаметра (см. Фиг. 1), в котором диаметр монокристалла алмаза больше; диаметра корпуса-держателя.
-
В алмазном сверле в качестве рабочего тела применяется синтетический или природный монокристалл алмаза 1, который жестко присоединен к металлическому корпусу-держателю 2. Сверло изготавливается следующим образом. Металлический корпус-держатель 2 сверла располагают вертикально в отверстие графитовой кассеты 3. Предварительно на верхней торцевой поверхности корпуса-держателя 2 проделывают небольшое осевое углубление 4. На это углубление 4 наносится предварительно пластифицированная органическим клеем шихта 5 многокомпонентного эвтектического сплава, содержащего карбидообразующий металл, например, титан. Монокристалл алмаза 1 располагают на углубление 4, затем на корпус-держатель 2 сверла устанавливают устройство для удержания кристалла алмаза в заданном положении в процессе спекания или пайки. Устройство выполнено в виде цилиндрического стакана 6 и имеет с глухой стороны на продольной оси отверстие 7 в форме усеченного конуса. Монокристалл алмаза 1, например, в форме октаэдра, располагают так чтобы одной вершиной кристалл алмаза упирается на углубление 4 в корпусе-держателя 2 сверла, а противоположной вершиной кристалл упирается на коническое сквозное отверстие 7 цилиндрического стакана 6, который давит своим весом на вершину кристалла алмаза 1. В результате кристалл алмаза 1 оказывается зажатым между корпусом-держателя 2 и сквозным коническим отверстием 7 цилиндрического стакана 6 и удерживается в таком положении в процессе спекания. Цилиндрический стакан 6 свободно перемещается и вращается, соответственно, вдоль и вокруг корпуса-держателя 2, при этом через плоские срезы 8 цилиндрического стакана 6 с помощью пинцета окончательно устанавливают и визуально контролируют точность ориентации кристалла алмаза 1 относительно корпуса-держателя 2. Графитовую кассету 3 с вертикально расположенными заготовками и устройствами для удержания кристалла алмаза помещают в вакуумную печь (4·103 мм.рт.ст.) и спекают при температуре 950-1150°С. Сначала подвергают медленному нагреву до 750°С, в ходе которого происходит разложение, испарение и удаление паров вещества органического клея-пластификатора. Затем производят быстрый нагрев до рабочей температуры, в процессе которого происходит припайка кристалла алмаза к корпусу-держателю сверла. При этом благодаря устройству обеспечивается выставление и удержание заданной ориентации кристалла алмаза по отношению к корпусу-держателю сверла в процессе спекания-пайки в вакуумной печи. Конструктивно простое устройство, технологичность его изготовления и многократность его использования обеспечивает снижение производственных затрат и высокую производительность изготовления алмазных инструментов.
Использованные источники:
[1] - Авторское свидетельство №831591, опубл. 23.01.1981 г.; класс В24В 53/12, B24D 17/00;
[2] - Патент РФ №2270743, опубл. 27.08.2003 г., класс B23K 35/28, B23K 35/30.