[发明专利]一种高硬高强聚晶立方氮化硼及其制造方法

权利要求书

1.一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：其所用原料包含多元元素粉末和立方氮化硼粉末，且所述多元元素粉末与立方氮化硼粉末的体积比为1：9~4：6；

所述的多元元素粉末为复合粘结剂，所述复合粘结剂由Al、Ti、M1和/或M2构成；所述M1选自Fe、Co、Ni中的至少一种；所述M2选自Si、Cr中的至少一种，且所述粘结剂中Al的质量百分含量小于50%、M1的质量百分含量小于40%、Al+Ti+M2的质量百分含量大于等于60.5%；

所述高强高硬的聚晶立方氮化硼通过下述步骤制备：

步骤一

按复合粘结剂的设计组分配取多元元素粉末；将配取的多元元素粉末装入球磨机中进行冷风球磨处理；得到复合粘结剂；所述冷风球磨处理时，控制球磨转速为250-350转/min；时间10-20小时；球料质量比为5-15：1；冷风温度为-30~-10℃；

步骤二

按体积比，复合粘结剂：立方氮化硼粉末=10-40:90-60；配取复合粘结剂和立方氮化硼粉末；将配取的复合粘结剂和立方氮化硼粉末装入球磨机中，进行混料球磨；所述混料球磨的球磨转速为250-350转/min；时间5-8小时；球料质量比为5-15：1；得到混合均匀的备用粉末；

步骤三

先对备用粉末进行真空处理，再在高温高压下进行烧结，得到所述聚晶立方氮化硼；所述高温是指1100-1280摄氏度，所述高压是指4-7GPa。

2.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：

所述多元元素粉末为组成复合粘结剂所需元素的单质粉末和/或合金粉末。

3.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：所述多元元素粉末的粒度小于10微米。

4.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：所述的立方氮化硼粉末为基体，其粒度小于10微米。

5.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：球磨所用磨球的材质为不锈钢或者玛瑙球；所述冷风为冷空气。

6.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：真空处理时：炉内气压小于等于1000Pa、时间大于等于8h。

7.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：包括下述步骤：

步骤一

按体积比，Ti：Al：Fe：Co：Ni：Si：Cr= 40:35:5:5:5:5:5配取Ti粉、Al粉、Si粉、Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉，将配取的多元元素粉末装入球磨机中进行冷风球磨处理；得到复合粘结剂；所述冷风球磨处理时，控制球磨转速为300转/min；时间20小时；球料质量比为15：1；冷风温度为-30℃；

步骤二

按体积比，复合粘结剂：立方氮化硼粉末=1:9；配取备用复合粘结剂和立方氮化硼粉末；将配取的备用复合粘结剂和立方氮化硼粉末装入球磨机中，进行混料球磨；所述混料球磨的球磨转速为250转/min；时间8小时；球料质量比为10：1；得到混合均匀的备用粉末；

步骤三

先对备用粉末进行真空处理，再在高温高压下进行烧结，得到所述聚晶立方氮化硼；

混合均匀的粉末先在1000Pa以下进行真空处理8小时；真空处理后，在高温、高压1190℃，4.5GPa的环境下进行烧结，得到聚晶立方氮化硼；

所得产品的硬度为80HRA，断裂韧性6.2MPa·m^1/2，抗弯强度620MPa，磨耗比4450。

8.根据权利要求1所述的一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，其特征在于：包括下述步骤：

步骤A

按体积比，Ti：Al：Fe：Co：Ni =50:35:5:5:5配取Ti粉、Al粉、Fe粉、Co粉、Ni粉，将配取的多元元素粉末装入球磨机中进行冷风球磨处理；得到复合粘结剂；所述冷风球磨处理时，控制球磨转速为300转/min；时间20小时；球料质量比为15：1；冷风速度为；冷风温度为-30℃；

步骤B

按体积比，复合粘结剂：立方氮化硼粉末=1:9；配取备用复合粘结剂和立方氮化硼粉末；将配取的备用复合粘结剂和立方氮化硼粉末装入球磨机中，进行混料球磨；所述混料球磨的球磨转速为250转/min；时间8小时；球料质量比为10：1；得到混合均匀的备用粉末；

步骤C

先对备用粉末进行真空处理，再在高温高压下进行烧结，得到所述聚晶立方氮化硼；

混合均匀的粉末先在1000Pa以下进行真空处理8小时；真空处理后，在高温、高压1200℃，4.5GPa的环境下进行烧结，得到聚晶立方氮化硼；

所得产品的硬度为75HRA，断裂韧性为5.7MPa·m^1/2，抗弯强度582MPa，磨耗比4066；

或

包括下述步骤：

步骤1

按体积比，Ti：Al：Fe：Co：Cr=50:35:5:5:5配取Ti粉、Al粉、Fe粉、Co粉、Cr粉，将配取的多元元素粉末装入球磨机中进行冷风球磨处理；得到复合粘结剂；所述冷风球磨处理时，控制球磨转速为300转/min；时间20小时；球料质量比为15：1；冷风温度为-30℃；

步骤2

按体积比，复合粘结剂：立方氮化硼粉末=1:9；配取复合粘结剂和立方氮化硼粉末；将配取的备用复合粘结剂和立方氮化硼粉末装入球磨机中，进行混料球磨；所述混料球磨的球磨转速为250转/min；时间8小时；球料质量比为10：1；得到混合均匀的备用粉末；

步骤3

先对备用粉末进行真空处理，再在高温高压下进行烧结，得到所述聚晶立方氮化硼；

混合均匀的粉末先在1000Pa以下进行真空处理8小时；真空处理后，在高温、高压1200℃，4.5GPa的环境下进行烧结，得到聚晶立方氮化硼；

所得产品的硬度为72HRA，断裂韧性为5.4MPa·m^1/2，抗弯强度554MPa，磨耗比3802。