[发明专利]一种聚晶立方氮化硼磨料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料技术领域，具体涉及一种聚晶立方氮化硼磨料，同时还涉及一种聚晶立方氮化硼磨料的制备方法。

背景技术

立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，而其热稳定性和化学惰性却远远优于金刚石(王光祖.立方氮化硼特性综述.超硬材料工程.2005,5(17):41-45)。因此近年来，随着像磨削中心、超高速磨床等磨削系统的开发，立方氮化硼磨料在航空航天、汽车制造业以及轴承行业等领域有着越来越广泛的应用(Yoshio Ichida,Ryunosuke Sato.Profile grinding of superalloys with ultrafine-crystalline cBN wheels.JSME International Journal.2006,49(1):94-99)。

然而传统单晶立方氮化硼磨料的缺点在磨削过程中逐渐暴漏出来，例如单晶立方氮化硼存在易劈裂的解理面，脆性大，容易发生解理破损(M.Fujimoto,Y.Ichida.Micro fracture behavior of cutting edges in grinding using single crystal cBN grains.Diamond&Related Materials.2008,17:1759-1763)。这会导致在磨削过程中，当大多数磨粒因磨耗磨损而出现平台后，磨粒与工件接触界面之间的滑擦作用必然强于耕犁、切削作用，这无疑降低了磨粒的锋利度，导致过大的磨削力与过高的磨削温度，甚至产生磨削颤振或烧伤磨削件，降低加工质量(Wen-Feng Ding,Jiu-Hua Xu.Wear behavior and mechanism of single-layer brazed CBN abrasive wheels during creep-feed grinding cast nickel-based superalloy.Int J Adv Manuf Technol.2010,51:541–550)。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚晶立方氮化硼磨料，解决现有单晶cBN磨料因自锐性差、解理和各向异性等缺陷造成的磨削加工质量低的问题。

本发明的第二个目的是提供一种聚晶立方氮化硼磨料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种聚晶立方氮化硼磨料，由以下体积百分比的组分组成：立方氮化硼单晶70％～90％、结合剂10～30％；其中，所述结合剂由以下质量百分比的组分组成：陶瓷结合剂80％～95％、金属结合剂5％～20％。

所述陶瓷结合剂为碳化物、氮化物中的任意一种或两种。

所述陶瓷结合剂为碳化钛、氮化钛、氮化硼中的任意一种或组合。

所述金属结合剂为金属单质及其合金中的任意一种或组合。

所述金属结合剂为Al、Co中的任意一种或组合。

所述陶瓷结合剂的粒度为0.1～10μm；所述金属结合剂的粒度为0.1～10μm。

所述立方氮化硼单晶的粒度为0.05～20μm。

所述立方氮化硼单晶为一种以上粒度复配；使用一种以上粒度的立方氮化硼单晶复配时，在选定一种粒度后，其余粒度尺寸差按照颗粒级配在1.5～5倍范围内选择，粒度极值不超过0.05～20μm。

一种上述的聚晶立方氮化硼磨料的制备方法，包括下列步骤：

1)取立方氮化硼单晶和陶瓷结合剂、金属结合剂进行湿混，后干燥得混合料；

2)将步骤1)所得混合料装入模具中，冷压成型，得成型块；

3)将步骤2)所得成型块装入碳杯中，与传压介质组装成组装块；

4)将步骤3)所得组装块进行高温高压合成处理后，随炉冷却并脱模，粉碎，即得。

步骤1)中，所述湿混用液体为无水乙醇，湿混形式为研磨，湿混时间为1～3h。

所述研磨是先将立方氮化硼单晶与湿混用液体先研磨5～10min后，再加入结合剂进行湿混。

步骤1)中所述干燥为真空高温干燥或真空冷冻干燥。

所述真空高温干燥的温度为60℃，真空度小于1×10⁴Pa，干燥时间为12h。

步骤2)中，所述冷压成型的压力为80～150MPa。

步骤4)中，所述高温高压合成的压力为4～7GPa，温度为1200～1500℃，保温保压时间为5～15min。