[发明专利]一种立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料及其制备方法在审
申请号: | 202010230283.4 | 申请日: | 2020-03-27 |
公开(公告)号: | CN111348628A | 公开(公告)日: | 2020-06-30 |
发明(设计)人: | 李艳国;邹芹;王明智;赵玉成;王志伟;邹娟;尹育航 | 申请(专利权)人: | 燕山大学 |
主分类号: | C01B21/064 | 分类号: | C01B21/064;C01B32/15;C01B32/18;C04B35/52;C04B35/5831;C04B35/622;B82Y30/00;B82Y40/00 |
代理公司: | 大连东方专利代理有限责任公司 21212 | 代理人: | 赵淑梅;李洪福 |
地址: | 066004 河北省*** | 国省代码: | 河北;13 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 立方 氮化 纳米 金刚石 复合材料 及其 制备 方法 | ||
1.一种立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料,其特征在于:碳纳米葱与立方氮化硼混合烧结制得立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料,其中,制备所用原料质量百分数为:立方氮化硼占总质量的15~50wt.%,余量为碳纳米葱。
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料,其特征在于:立方氮化硼的化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,晶体中原子的排列方式为闪锌矿结构,立方氮化硼的粒度0.5~5微米。
3.根据权利要求1所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料,其特征在于:碳纳米葱的平均粒度约为5nm。
4.根据权利要求1所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料,其特征在于:所述碳纳米葱是由爆轰法生产的纳米金刚石经过真空退火处理制备的,其成分为碳,晶体结构为纳米洋葱结构,碳纳米葱为利用不同退火条件制得含金刚石晶体核心的碳纳米葱、含金刚石结构核心的碳纳米葱、完整结构碳纳米葱中的一种。
5.根据权利要求4所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料,其特征在于:
含金刚石晶体核心的碳纳米葱制得立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的维氏硬度在31~102GPa;
含金刚石结构核心的碳纳米葱制得立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的维氏硬度在56~118GPa;
完整结构碳纳米葱制得立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的维氏硬度在45~168GPa。
6.一种立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、真空退火处理制备碳纳米葱;
采用的原料为爆轰法制备的纳米金刚石,其平均晶粒尺寸约为5nm,对纳米金刚石进行真空退火处理,退火温度900~1900℃,真空度为1Pa,保温0~2h,制得平均晶粒尺寸约为5nm的碳纳米葱;
S2、将立方氮化硼以总量的15~50wt.%与步骤S1制得的碳纳米葱进行混合制得混合料;
将混合料装进行预压成型,压力为400~600MPa,保压时间为30~60s,得到预后的样品;
然后,把预压后的样品放入模具中进行高温高压烧结,制得立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料。
7.根据权利要求6所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的制备方法,其特征在于:
在所述步骤S2中,高温高压烧结模具组装工艺为:
先将预压后的样品放BN坩埚中备用,把带有凹槽的LaCrO3空心隔热柱放入带有空腔的MgO八面体中,LaCrO3空心隔热柱与MgO八面体等高,然后将导电铼片卷成圆柱状放入LaCrO3保温材料中,并使其与LaCrO3柱内壁和MgO八面体外边缘紧密接触,随后在导电铼片卷成的空腔内放入Al2O3柱,再放入装有样品的BN坩埚,添加Al2O3堵头,并在堵头上放串入电极的Al2O3四孔柱,最后利用Al2O3胶进行密封完成组装,组织后的烧结模具使用前需先置于恒温干燥箱中干燥12h,且恒温干燥箱内的温度为110℃。
8.根据权利要求6所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的制备方法,其特征在于:
在所述步骤S2中,高温高压烧结工艺为:
首先,在10-26h内对样品施加压力8~25GPa;然后升温至1600~2200℃,保温5~60min,冷却,缓慢卸压,制得毛坯,将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理,得到立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料。
9.根据权利要求6所述的立方氮化硼-纳米聚晶金刚石复合材料的制备方法,其特征在于:
在所述步骤S1中对纳米金刚石进行真空退火处理,退火温度为900~1000℃制备的是含金刚石晶体核心的碳纳米葱;退火温度为1050~1350℃制得的是含金刚石结构核心的碳纳米葱;退火温度为1400~1900℃,制得的是完整结构碳纳米葱。
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