[发明专利]聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括粘结剂、分散在所述粘结剂中且形成骨架结构的立方氮化硼粗粒和分散在所述粘结剂中的立方氮化硼细粒；其中，所述立方氮化硼粗粒的颗粒形状系数≤0.5，所述立方氮化硼细粒的颗粒形状系数为0.7～0.8。本发明还提供所述聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法和聚晶立方氮化硼烧结体工具，该聚晶立方氮化硼烧结体可以有效提高聚晶立方氮化硼烧结体工具的综合性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体地，涉及一种聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法与应用。

背景技术

立方氮化硼(CBN)是20世纪70年代初发展起来的一种超硬刀具材料。因其具有仅次于金刚石的硬度与耐磨性，同时具有比金刚石更优的化学惰性，特别适用于难加工材料的切削。但是由于CBN单晶具有易解理和各向异性等缺点，限制了其在工业中的应用。聚晶立方氮化硼(PCBN)烧结体克服了单晶的不足，而且还具有较高的硬度与耐磨性、良好的化学稳定性和热稳定性等优异性能，而广泛应用于刀具行业中，尤其是汽车制造、轴承和超精密工具等行业中。但是，在粗加工条件下，聚晶立方氮化硼烧结体工具的负荷被不断增加，对聚晶立方氮化硼烧结体工具的韧性提出了更高的要求。

为了改善PCBN的韧性，目前主要是从结合剂着手，调整结合剂含量、成分等。其中，金属粘结剂能提升PCBN的韧性，但会导致硬度下降；陶瓷粘结剂可提升耐磨性，却会减少材料使用寿命。

申请号201180005244.3的发明专利公开了一种立方氮化硼烧结体和立方氮化硼烧结体工具，通过调整结合剂的结构，使其孤立粘结相相对于立方氮化硼具有两段或更多段的凸起。结果表明，立方氮化硼与粘结相之间的界面具有楔形形状，并且产生了抑制立方氮化硼脱落的效果。但是，PCBN的合成是CBN和结合剂在高温高压条件下合成的，在此条件下通过温度和压力的调控，使得结合剂拥有多段凸起结构十分困难，很难控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服聚晶立方氮化硼的不足，提供一种聚晶立方氮化硼烧结体。

本发明的另一目的在于提供一种聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种聚晶立方氮化硼烧结体在刀具中的应用。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括粘结剂、分散在所述粘结剂中且形成骨架结构的立方氮化硼粗粒和分散在所述粘结剂中的立方氮化硼细粒；其中，所述立方氮化硼粗粒的颗粒形状系数≤0.5，所述立方氮化硼细粒的颗粒形状系数为0.7～0.8。

基于上述，所述立方氮化硼粗粒和所述立方氮化硼细粒的平均粒径之比为(3～5):1。

基于上述，所述立方氮化硼粗粒的平均粒径为10～30μm；所述立方氮化硼细粒的平均粒径为3～10μm。

基于上述，在所述聚晶立方氮化硼烧结体中，所述立方氮化硼粗粒的质量分数为20％～30％，所述立方氮化硼细粒的质量分数为50％～66％。

基于上述，所述粘结剂包括金属陶瓷结合剂、稀土氧化物和晶须。

基于上述，所述金属陶瓷结合剂包括金属相和陶瓷相；所述金属相是钛粉、铝粉、钴粉、钼粉、硅粉中的一种或至少两种组合，所述陶瓷相是钛、铝、钴、钼、硅中的至少一种元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物或氧化物。

优选的，所述陶瓷相为氮化铝、氮化钛、碳氮化钛、硼化钛、氮化钼或氧化铝。

基于上述，所述稀土氧化物是三氧化二钇、氧化铈或两种的组合。

基于上述，所述晶须为粒度小于2.5μm且长径比大于20的碳化硅晶须。

一种上述的聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：