[发明专利]一种立方氮化硼单晶及其制备方法

说明书

本发明公开一种立方氮化硼单晶及其制备方法，包括以下质量份的原料：六方氮化硼75‑90%，混合粒度的金属镁粉5‑15%，氢化锂4.99‑8%，微量元素0.01‑8%。所述混合粒度的金属镁粉的粒度范围为100‑1200目。所述微量元素为铽、钕、镝中的一种或多种。相对于现有技术，本发明的优点如下：1.采用混合粒度的金属镁粉，混合触媒整体比表面积较大，利于充分接触，混合粒度镁粉与氢化锂共为触媒，提高立方氮化硼单晶转化率；2.微量元素的添加提高了镁基触媒的活性，防止夹杂和连晶等过程发生，进而提高了单晶质量、产量和稳定性；3.立方氮化硼单晶外形以非等积形为主，晶体棱角分明，产量高，粒度集中，强度适中，易于破碎成微粉，适用于制备聚晶立方氮化硼刀具用，综合成本低。

技术领域

本发明属于超硬材料的制备技术领域，具体涉及一种立方氮化硼单晶及其制备方法。

背景技术

立方氮化硼（CBN，Cubic Boron Nitride）晶体作为一种先进的超硬材料，具有硬度高、耐磨性好、热稳定性好、化学惰性强等优良特性，它的出现给机械加工行业加工方式带来了革命性的改变，用立方氮化硼材料制造的刀具及磨具加工黑色金属及其合金材料时表现出高效的加工效率及优异的加工效果，并且加工过程更加环保绿色化，是一种适合市场发展规律的新型工具。然而，现有的立方氮化硼晶体制备一般采用锂基触媒制备，原料成本高，单晶产量低，单晶粒度集中度低，用于二次烧结制作聚晶立方氮化硼刀具时，破碎成立方氮化硼微粉的成本高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种立方氮化硼单晶及其制备方法，采用六方氮化硼、金属镁、氢化锂和少量微量元素作为原材料，其中金属镁原料廉价、极易获得，此方法合成立方氮化硼单晶综合成本低、产量高、粒度相对集中、单晶易于破碎成微粉，特别适用于制备聚晶立方氮化硼刀具和精密研磨加工使用。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种立方氮化硼单晶，包括以下质量份的原料：六方氮化硼75-90%，混合粒度的金属镁粉5-15%，氢化锂4.99-8%，微量元素0.01-8%。

所述混合粒度的金属镁粉的粒度范围为100-1200目。

所述六方氮化硼的粒度为300-400目。

所述微量元素为铽、钕、镝中的一种或多种。

所述的立方氮化硼单晶的制备方法，由以下步骤组成：

（1）金属镁粉的烧结预处理：将金属镁粉放置于气氛烧结炉中进行烧结，先通入氢气去除金属镁粉表面的杂质，烧结温度为200-300℃，烧结时间为0.5-1小时；再通入氮气进行烧结，烧结时间为0.5-3小时，烧结温度为800-1200℃，形成镁、氮化镁混合物；

（2）六方氮化硼的分散预处理：对六方氮化硼进行三维球磨预处理2-3小时，得到六方氮化硼细粉；

（3）预处理造粒：将六方氮化硼细粉、预处理后的金属镁粉、氢化锂、微量元素在三维混料机内进行混合搅拌0.5-5h，得到混合粉末，然后采用冷等静压机对上述混合粉末进行粉料前期预处理造粒，得到预处理混合粒；

（4）压制、组装、烧结：将预处理混合粒置于四柱油压机上进行压制，压制为合成柱，将合成柱与碳管、白云石、叶腊石、碳片、钛片、导电钢圈进行组装后，在烘箱中焙烤2-5小时，焙烤温度100-120℃，然后在铰链式六面顶压机上进行高温高压烧结合成，合成时间为6-15分钟，合成温度为1300-1600℃，合成压力5-7Gpa，得到立方氮化硼合成柱；

（5）破碎后处理：将立方氮化硼合成柱经破碎机破碎成块状，再在球磨机上进行球磨0.5-2h，然后将块状立方氮化硼加入热水中搅动浸泡、沉淀，再进行三次以上水洗，得到含有立方氮化硼单晶的混合料，接着对其进行酸处理、碱处理，经水洗、烘干得到立方氮化硼单晶。