[发明专利]一种微米多晶立方氮化硼磨料的制备方法

说明书

本发明公开了一种微米多晶立方氮化硼磨料的制备方法，要解决的是现有合成多晶cBN方法中存在的问题。本发明具体步骤如下：步骤一，向cBN微粉中添加cBN微粉重量的1‑30%的硼源，得到第一混合物；步骤二，将第一混合物混合8‑30h，取出并且压制成型，得到柱体；步骤三，将柱体在高温下处理0.5‑3h，降温并且通入氮气，1‑2h后取出，得到处理后的柱体；步骤四，将柱体在高温高压的条件下进行合成1‑15min，得到烧结体；步骤五，将烧结体进行破碎、球磨和筛分，即得到成品。本发明可以在较温和的条件下获得微米多晶cBN磨料，降低合成条件，又能降低cBN微粉成产中产生的大量库存，使原料得到充分利用，降低生产成本，使用前景广阔。

技术领域

本发明涉及超硬材料合成领域，具体是一种微米多晶立方氮化硼磨料的制备方法。

背景技术

在已工业化应用的超硬材料中，立方氮化硼（cBN）的硬度仅次于金刚石，但其热化学稳定性优于金刚石。因此，cBN被广泛应用于加工各种合金钢、铸铁、模具钢、高速钢和钛合金等难以用金刚石工具加工的金属，在设备制造、精密机械、超精密加工等领域的应用日益增长，并发挥着不可替代的作用。

目前，cBN单晶主要用于制造砂轮等磨削工具，具有解理面、各向异性，在使用时容易沿解理面磨损断裂，造成工件表面的划伤或者工具的失效。另一种为多晶cBN材料，其具有硬度高、热稳定性好和各向同性的特点，已成为加工钢铁材料和碳化物形成元素材料中性能最好的刀具材料。刀具材料的硬度直接决定着加工效率。以车削加工为例:多晶cBN刀具材料的实际应用显著提高了加工效率。与早期的碳钢车刀相比，切削速度提高了上千倍;与硬质合金车刀相比，切削速度提高了近50倍。多晶cBN块材的制备方法有两种：一种是采用cBN微粉与结合剂(如金属Co、Ni、Ti等)进行烧结，cBN粉体之间并未形成共价键。对于含有金属结合剂的多晶cBN而言，一方面硬度和抗氧化温度难以超过cBN单晶本身，另一方面材料的弯曲强度在800℃左右已明显下降，没有发挥出cBN热稳定性好的优势。为了进一步改善多晶cBN的综合性能，人们开始尝试采用TiN等非金属结合剂制备多晶cBN刀具材料。这样的刀具材料，使用温度确实得到了明显提高，可以实现无冷却液的车削加工，但硬度并无任何改善，断裂韧性反而明显下降。另一种方法是采用六方氮化硼（hBN）为原材料，在8-12GPa、1600-2000℃条件在直接合成多晶cBN，其晶粒之间形成共价键，硬度、抗氧化温度、断裂韧性等均超过cBN单晶本身，其破碎后作为多晶磨料制造的砂轮具有耐磨性好、自锐性优异等特点。

直接转化法合成多晶cBN块材需要的合成条件较苛刻，制造成本较高，难度较大；含有金属结合剂的多晶cBN块材制造难度较小，但多采用粒度2μm以上的cBN微粉作为原材料，粒度2μm以下的cBN微粉产生大量库存，人们也在进行相关方面的研究。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种微米多晶立方氮化硼磨料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种微米多晶立方氮化硼磨料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，选择粒度2μm以下的cBN微粉为原料，再向其中添加cBN微粉重量的1-30%的硼源，得到第一混合物；

步骤二，将第一混合物混合8-30h，取出并且压制成型，得到柱体；

步骤三，将柱体在高温下处理0.5-3h，降温并且通入氮气，使氮气进入柱体内的微气孔中，1-2h后取出，得到处理后的柱体，进行真空封装备用；

步骤四，将柱体在高温高压的条件下进行合成1-15min，得到烧结体；

步骤五，将烧结体进行破碎、球磨和筛分，即得到成品。

作为本发明实施例进一步的方案：硼源包括晶体硼、非晶硼和B_nH_n+6中的至少一种。