[发明专利]立方氮化硼压块

说明书

发明背景 

本发明涉及用于制造立方氮化硼磨料压块的组合物，具体地涉及具有增强的抗磨性和增强的抗碎裂性的压块。 

氮化硼通常以三种晶体形式存在，即立方氮化硼(CBN)、六方氮化硼(hBN)和纤锌矿型(wurtzitic)立方氮化硼(wBN)。立方氮化硼为结构类似于金刚石的氮化硼的硬质闪锌矿形式。在CBN结构中，原子之间形成的键是坚固的，主要为共价四面体键。制备CBN的方法是本领域众所周知的。一种方法是，在特定催化添加剂材料(其可以包括碱金属、碱土金属、铅、锡和这些金属的氮化物)的存在下，使hBN经受极高压力和温度。在温度和压力降低时，可以回收到CBN。 

CBN在加工工具(tool)等中具有广泛的商业应用。其可以用作砂轮、切削工具等中的磨粒，或者采用常规电镀技术将其粘结于工具体以形成工具插件。 

CBN也可以以粘结形式用作CBN压块。CBN压块趋于具有良好的磨损性，是热稳定的，具有高导热性，良好的抗冲性和与含铁的金属接触时具有低的摩擦系数。 

金刚石是硬度高于CBN的唯一已知材料。但是，由于金刚石趋于与一些材料如铁反应，其不能用于与含铁的金属一起使用，由此此时优选使用CBN。 

CBN压块包括CBN颗粒的烧结物质。当CBN含量大于该压块的80体积％时，存在大量的CBN-CBN接触和粘结。当CBN含量较低，例如范围在该压块的40-60体积％，那么直接的CBN-CBN接触和粘结的程度较低。CBN压块将通常也含有粘合剂相，例如铝、硅、钴、镍、和钛。 

当压块的CBN含量小于70体积％时，通常存在另一硬质相，即第 二相，其可以是陶瓷质的。适宜的陶瓷硬质相的实例为第4、5或6族过渡金属(依据新的IUPAC形式)的碳化物、氮化物、硼化物和碳氮化物，氧化铝，和碳化物如碳化钨及其混合物。该基质构成组合物中除CBN之外的全部组分。 

CBN压块可以在形成工具插件或工具时直接粘结于工具体。但是，对于许多应用，优选地将该压块粘结于基体/载体材料，形成负载的压块结构，随后将该负载的压块结构粘结于工具体。该基体/载体材料通常为硬质金属碳化物，其与粘合剂如钴、镍、铁或其混合物或合金粘结在一起。金属碳化物颗粒可以包括钨、钛或钽碳化物颗粒或其混合物。 

制造CBN压块和负载的压块结构的已知方法包括，使CBN颗粒的未烧结物质经受高温和高压条件(即CBN在结晶学上稳定的条件)适当的时间段。可以利用粘合剂相增强颗粒的粘结。所用的典型高温高压(HTHP)条件为1100℃或更高的温度和2GPa或更高数量级的压力。保持这些条件的时间段通常为约3-120分钟。 

烧结的CBN压块，具有或者不具有基体，经常被切割为期望的尺寸和/或待用的特定切削或钻孔工具的形状，并随后利用钎焊技术将其安装在工具体上。 

CBN压块广泛地应用于制造用于硬化钢精加工的切削工具，如容器硬化钢、滚珠钢和通过硬化的工程钢。除了使用条件之外，如切削速度、切削的进送和深度，通常已知CBN工具的性能取决于加工件的几何形状，且特别地，是否该工具长期不变地接合于加工件，本领域公知为“连续切削”，或者是否该工具以断续方式接合于加工件，本领域通常公知为“断续切削”。 

依据加工件几何形状，通常CBN工具在加工循环之内同时经历连续的和断续的切削，另外，连续/断续切削比例在该领域中大大地变化。在对该领域广泛研究之后发现，这些不同模式的切削对构成工具切削边的CBN材料产生非常不同的需求。主要问题是，工具趋于由于破裂或碎裂而灾难性地失效，其由于市场中对于通过增加切削速度的更高 产能的日益增加的需求而加剧，由此工具的工具寿命有限。 

US6,316,094公开了CBN烧结体，其中单一平均粒度的CBN颗粒通过粘结相粘结。将粉状组合物烧结制得烧结体。该粉状组合物是采用各种混合方法如超声混合和砂磨粉碎制备的。砂磨粉碎显示为最差的混合方法。 

US4,334,928公开了包含CBN颗粒和各种含钛化合物的氮化硼烧结压块。典型地将含钛化合物预反应并且形成为烧结压块，随后压碎。该CBN压块进一步含有单一平均粒度的CBN。烧结过程中采用较低温度来制备该CBN压块。 

发明概述 

依据本发明的第一方面，提供了用于制备CBN压块的组合物，其包含： 

约45％-约75体积％的CBN，典型地为45-70体积％，其中该CBN由一种以上平均粒度的颗粒组成；