[发明专利]一种无结合剂的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，具体涉及一种无结合剂的聚晶立方氮化硼磨料，同时还涉及一种无结合剂的聚晶立方氮化硼磨料的制备方法。

背景技术

立方氮化硼的硬度高，抗氧化性强，具有优越的物理、化学和热稳定性能，尤其是避免了金刚石制品加工铁基合金材料发生化学反应的局限性，被国际材料界作为金刚石的替代材料(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，立方氮化硼磨料在精密加工、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。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)。

当前，多晶立方氮化硼磨料是解决单晶立方氮化硼磨料缺陷的有效方法，多晶立方氮化硼磨料根据制备时是否加入粘结剂可以分为含有结合剂的聚晶立方氮化硼(PcBN)磨料和不含结合剂的聚晶立方氮化硼(B-PcBN)磨料。而对于含粘结剂的PcBN磨料来说，粘结剂的加入虽然可以有效地改善PCBN的烧结工艺，降低其烧结温度(1200-1500℃)及压力(4-7GPa)(Hara A.Yatsu S.Japanese Patent S55-113859 Sept 2 1980；Ran Lv,Jin Liu.High pressure sintering of cubic boron nitride compacts with Al and AlN.Diamond&Related Materials.2008；17:2062-2066)，但是粘结剂的加入会显著影响PcBN磨料的硬度、耐磨性和导热率，从而降低了磨料的使用性能和寿命，使磨料及相应的磨具不能满足高效高精磨削加工的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种无结合剂的聚晶立方氮化硼磨料。

本发明的第二个目的是提供一种无结合剂的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：

一种无结合剂的聚晶立方氮化硼磨料，是由包括以下步骤的方法制备的：

1)将六方氮化硼粉体装入模具中，模压预成型，得预成型品；

2)将步骤1)所得预成型品在真空条件下进行冷等静压处理，得六方氮化硼块体；

3)将步骤2)所得六方氮化硼块体装入钽杯中，与传压介质组成组装块；

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，破碎分级，即得所述无结合剂的聚晶立方氮化硼磨料。

步骤1)中，所述六方氮化硼粉体的粒径为0.1～5μm。

步骤1)中，所述模压的条件为：真空度≤1×10^-1Pa，模压温度为800～1600℃。

模压预成型时，达到模压条件后，保持模压条件0.5～3h后再开始加载压力。

加载压力为50～100MPa。

所述模压预成型所用的设备为真空热压烧结炉。

步骤2)中，所述冷等静压处理的压力为150～200MPa，保压时间为2～10h。

步骤2)所得六方氮化硼块体的氧杂质含量≤0.05％，体积密度为1.7～2.2g/cm³。

步骤4)中，所述高温高压合成的压力为9～15GPa，温度为1500～2200℃，保温保压时间为5～20min。

步骤4)中脱模时，钽杯使用氢氟酸溶解去除。