В главе проведен анализ путей повышения эффективности процесса алмазного шлифования сверхтвердых материалов (СТМ), определены тенденции решения проблемы управления процессами контактного взаимодействия в условиях, когда отсутствует требуемое теорией шлифования превышение твердости материала инструмента над твердостью обрабатываемого материала, определены направления научного поиска, сформулированы цель и задачи исследования.
1.1. Современные тенденции создания и эффективного применения сверхтвердых материалов
Как одну из тенденций развития материаловедения и высоких технологий в машиностроении можно назвать повышенное внимание в последние десятилетия к созданию сверхтвердых материалов. Обычно твердость соединений связывают с энергией межатомной связи (рис. 1.1) [2]. К сверхтвердым относят многие материалы с преимущественно ковалентными межатомными связями и твердостью выше твердости карбида бора (или больше 20 ГПа). Из десятков таких материалов наибольший интерес представляют синтетические алмазы и плотные нитриды бора, поэтому они и выбраны для исследований в данной работе. Есть все основания ожидать появления новых сверхтвердых материалов [224], в частности на основе C2BN.
Возможность получения синтетических материалов со свойствами, близкими к природному алмазу, впервые была теоретически обоснована в работе О. И. Лейпунского в 1939 году [98].
Однако ее практическая реализация задержалась до 50-60-х годов, когда физика и техника высоких давлений, а также материаловедение достигли определенного уровня развития. С момента появления первых синтетических алмазов (1953 г. — Швеция, 1954 г. — США, I960 г. — СССР) исследования в этой области в нашей стране и за рубежом были направлены на получение крупных монокристаллов и поликристаллических образований. Второй путь на современном этапе оказался более результативным в научном, техническом и экономическом плане.
|
а б в Рис. 1.1. Графическое представление структуры алмаза (а), C2BN (б) и кубического нитрида бора (в) с серыми, белыми и черными сферами, представляющими собой атомы углерода, бора и водорода соответственно |
В 1963 г. под руководством выдающегося советского физика, академика Верещагина Д. Ф. на кафедре физики и химии высоких давлении Московского государственного университета совместно с институтом физики высоких давлений АН СССР при определенных условиях, характеризующихся высокими давлениями и температурой, удалось впервые, используя металл в качестве катализатора, получить синтетический поликристаллический алмаз типа баллас (АСБ). Продукт синтеза имел форму шара, величиной около 6-6.5 мм. Позднее в Институте физики высоких давлений АН СССР также под руководством академика Верещагина Л. Ф. была синтезирована другая разновидность поликристаллического алмаза-карбонадо (АСПК), в форме цилиндра [23]. Эти работы положили начало созданию принципиально новой группы синтетических сверхтвердых материалов (СТМ), сразу же нашедших широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В короткий срок — до трех лет — в стране была создана специализированная подотрасль по широкомасштабному производству СТМ и инструмента из них. Практическим результатам здесь предшествовала интенсивная разработка научных основ физико-химического синтеза и спекания СТМ советскими учеными Г. М. Безруковым, А. В. Бочко, А. И. Бутузовым, В. И. Ве — принцевым, Б. В. Дерягиным, Я. А. Калашниковым, Ю. С. Коняевым, А. В. Курдюмовым, А. М. Мазуренко, Н. В. Новиковым, В. И. Трофимовым, Д. В. Федосеевым, Н. Е. Филоненко, И. Н. Францевичем, А. А. Шульженко, Е. Н. Яковлевым и др., а также зарубежными исследователями Банди, Ваха — теуки, Венторфом и др.
Наша обработка информации по отечественным и зарубежным источникам показала, что количество публикаций по этим вопросам возросло с 1960 года по 2000 год в тысячи раз и тенденция эта сохраняется в настоящее время.
Проблема создания и широкого использования СТМ заняла важное место в государственных планах и исследованиях таких научных центров: ИФВД, ИСМ НАН Украины, ИПМ НАН Украины, ВНИИ Алмаз, ВНИИАШ, ВНИИ, ВНИИТС, многих политехнических вузов в Киеве, Харькове, Одессе, Тбилиси, Ленинграде, Куйбышеве, Тольятти и др. Этой проблемой занимались такие ведущие ученые, как А. А. Аваков, Н. К. Беззубенко, Г. В. Боку — чава, А. В. Бочко, Л. Ф. Верещагин, Ю. Н. Внуков, А. И. Грабченко, Г. И. Грановский, О. Н. Григорьев, Э. И. Гриценко, Л. Н. Девин, Н. Б. Дем — кин, С. Н. Дуб, В. В. Запорожец, И. П. Захаренко, Ю. Г. Кабалдин, Я. А. Калашников, В. В. Коломиец, Ю. С. Коняев, Б. И. Костецкий, Г. И. Костюк, И. В. Крагельский, Я. Кундрак, В. И. Лавриненко, Ф. Лиерат, Т. Н. Лоладзе, А. Л. Майстренко, А. Мамалис, П. Г. Матюха, Е. Н. Маслов, Л. Л. Мишна — евский, Ю. А. Муковоз, Н. В. Новиков, А. Н. Резников, О. А. Розенберг, М. Ф. Семко, М. М. Тененбаум, М. Д. Узунян, Ю. Д. Филатов, И. Н. Францевич, А. А. Шепелев, М. М. Хрущев, А. В. Якимов, Ф. Я. Якубов, П. И. Яще — рицын и другие.