[发明专利]PCBN中的二硼化钛组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月31日提交的、名为“PcBN中的二硼化钛组合物”的临时申请61/696,124的优先权。

技术领域和工业应用

本公开涉及一种适用于制备超硬研磨压坯的由粉状组合物制备的烧结超硬材料，具体地涉及包含可用于耐用性和韧性提高的切削工具的包含立方氮化硼(cBN)的烧结体。

多晶立方氮化硼(PcBN)、金刚石和金刚石复合材料普遍用于提供切削工具如用于金属加工的切削工具的超硬切削表面。

cBN切削工具经受腐蚀或磨损，并需要耐化学性和耐热性以优化对工件的切削速度和工具的寿命。

因此，需要在材料中的一种新型组合物，以制备具有混合的优异耐用性和韧性特性的超硬压坯。

发明概述

在一个实施方案中，烧结的超硬压坯体可以包含超硬颗粒和将所述超硬颗粒结合在一起的粘结相，其中所述粘结相包含钛化合物和余量铝化合物，其中所述烧结超硬压坯体具有一定量的钛化合物，以具有混合的耐用性和韧性应用。

在另一个实施方案中，PcBN压坯体包含：按体积计至少35％的立方氮化硼(cPN)颗粒，其中cPN颗粒的平均粒度分布(PSD)为约0.1μm至约5μm；将立方氮化硼颗粒结合在一起的粘结相，其中所述粘结相包含钛化合物和余量铝化合物。

在另一个实施方案中，PcBN压坯体包含立方氮化硼颗粒；和将立方氮化硼颗粒结合在一起的粘结相，其中，所述粘结相包含二硼化钛，其中所述二硼化钛被限定为二硼化钛(101)峰的XRD峰高，在背景校正之后，所述二硼化钛(101)峰的XRD峰高为(111)cBN的峰高的至少约15％。

附图说明

当结合附图解读时，将更好地理解前述发明概述和以下对实施方案的详细说明。应当理解，所描述的实施方案不限制于所示的精确布置和工具。

图1为根据示例性实施方案的背景校正后的PcBN压坯体中二硼化钛的XRD迹线图。

发明详述

一个示例性实施方案提供了一种烧结的超硬压坯体，其具有包含钛化合物和余量铝化合物的粘结相。超硬颗粒可以选自立方氮化硼、金刚石和金刚石复合材料。用于制备多晶cBN压坯的起始材料组合物包含以粉末或特别是生压坯形式的cBN和粘结相。粘结相可以至少部分地熔融和与cBN反应并通过高压高温(HPHT)烧结期间烧结的反应形成结合。

一个示例性实施方案可以提高cBN材料的韧性和增加耐磨性。超硬的烧结压坯及其制备的方法提供了显著改善的微观结构均匀性和比其他超硬的烧结压坯更好的耐用性和韧性。

示例性实施方案提供了cBN压坯，更具体地提供了包括cBN和基质相的cBN压坯，所述基质相合并了钛基粘结相与余量铝化合物。所述cBN压坯可包含可与cBN颗粒相比的15％-40％的钛化合物，如二硼化钛，其被限定为在背景校正后，与cBN(111)峰相比的二硼化钛(101)峰的XRD峰高。

由于cBN和包含钛化合物的二次硬质相之间的反应的结果，二硼化钛可以通常出现在cBN压坯中。二硼化钛可以在cBN晶粒之间或cBN晶粒与粘结剂晶粒之间充当结结剂。二硼化钛具有约3000℃的高熔点、约24GPa的优异硬度和与其他材料相比的高杨氏模量。二硼化钛在高温下具有良好的抗磨损性和抗氧化性。

在制备本发明的烧结cBN压坯时，给料粉末可以以所期望的粒度进行掺合和通过各种技术进行混合。主要在碾磨或掺合步骤过程中完成cBN颗粒的分散。通常作为粉碎和分散的手段的碾磨是本领域所公知的。通常用于研磨陶瓷粉末的碾磨技术包括常规的球磨、滚球磨、行星球磨、磨碎机和搅拌球磨。在常规球磨中，能量输入由碾磨介质的尺寸和密度、碾磨桶的直径和旋转的速度决定。由于该方法需要球滚动，从而限制了旋转速度，且因此限制了能量。常规球磨很适于碾磨具有低至中颗粒强度的粉末。通常，在要将粉末碾磨至约1微米或更高的最终粒度时使用常规球磨。

在行星球磨中，碾磨桶的行星运动给予达重力加速度20倍的加速度。当使用致密的碾磨体时，这能够在碾磨中提供与常规球磨相比大得多的能量。该技术很适于粉碎中等强度、具有约1微米的最终粒度的颗粒。

在一个示例性实施方案中，超硬颗粒可以例如包含按体积计至少约35％的超硬颗粒如cBN。在另一个示例性实施方案中，超硬颗粒可以包含按体积计约35％至约70％的cBN。烧结的超硬压坯体可以还包含将超硬颗粒结合在一起的粘结相。该粘结相可以例如包含钛化合物如二硼化钛、氮化钛、碳化钛、碳氮化钛，和余量铝化合物如氮化铝或氧化铝。