[发明专利]一种高硬高强聚晶立方氮化硼及其制造方法

说明书

本发明具体涉及一种高硬高强聚晶立方氮化硼及其制造方法。聚晶立方氮化硼制备时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。本发明通过设计粘结剂并结合冷风球磨，混合，烧结，切割，获得性能优越的细晶聚晶立方氮化硼。本发明粘接剂组分设计合理、制备工艺低温可控，便于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明涉及超硬复合材料技术，具体涉及一种高硬高强聚晶立方氮化硼及其制造方法。

背景技术

未来切削加工的主流将是干式切削、硬态加工和高速切削相结合的效率高、能耗低、节约资源、减少污染的绿色切削，聚晶立方氮化硼因其高硬度、优异的热稳定性、化学稳定、摩擦系数低等特点，最为可能在将来切削方式占一席之地。

由于立方氮化硼由高强度的共价键构成，烧结高纯度的立方氮化硼是相当困难的，不适用于工业生产，因此采用在立方氮化硼中加入一定量的粘结剂，来制备聚晶立方氮化硼，从而获得良好的切削性能。陶瓷粘结剂存在高温导热性差、烧结致密难、抗弯强度和断裂韧性较弱等问题。而使用金属粘结剂在较高温度状态下工作时，由于金属的软化而使刀具耐磨性大幅降低，从而导致红硬性下降。故需根据材料应用的范围和方向，调整金属与陶瓷粘结剂的含量和组元，获得所需的陶瓷相来改善聚晶立方氮化硼的综合性能，增加其使用寿命。目前以金属作为粘结剂制备聚晶立方氮化硼(PCBN)的技术已经有了一定的进展如《聚晶立方氮化硼(PCBN)的制备及应用研究进展》以及专利2007800459186、201180033965；但上述技术中均未涉及如何在较低温度下，制备出高性能聚晶立方氮化硼材料。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种以多元元素粉末为粘结剂的高强高硬的聚晶立方氮化硼材料及其制造方法。本发明所设计的粘接剂结合其制备方法能实现在较低温度下制备出高性能聚晶立方氮化硼。

本发明采用如下技术方案：

一种高强高硬的聚晶立方氮化硼，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。

所述多元元素粉末的粒度小于10微米。

所述的立方氮化硼粉末为基体，其粒度小于10微米。

本发明一种高硬高强聚晶立方氮化硼的制备方法，其包括以下步骤：

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、优选为280-320转/min；时间10-20小时；球料质量比为5-15：1、优选为10:1；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、优选为280-320转/min；时间5-8小时；球料质量比为5-15：1、优选为10:1；得到混合均匀的备用粉末；

步骤三