[发明专利]聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法、硼化钨作为聚晶立方氮化硼复合材料粘结相的应用

说明书

本发明提供一种聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法和应用，属于超硬材料技术领域。本发明提供的聚晶立方氮化硼复合材料，包括以下质量份数的制备原料：立方氮化硼60～100份，硼系烧结助剂和碳化钨5～30份，氧化铝和钴粉1～3份；所述硼系烧结助剂为高纯硼粉和/或碳化硼。本发明提供的聚晶立方氮化硼复合材料(PcBN)具有较高的硬度、强度以及优异的耐磨性能。实施例结果表明，本发明制得的PcBN的硬度为36.1～42.5GPa，磨耗比为8420～13700，抗弯强度至少达789.6MPa。

技术领域

本发明属于超硬材料技术领域，特别涉及一种聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法、硼化钨作为聚晶立方氮化硼复合材料粘结相的应用。

背景技术

聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料是由立方氮化硼(cBN)微粉和结合剂在高温高压下烧结而成的多晶体。聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料具有较高的硬度与耐磨性，同时具有比金刚石更优的耐热性和化学惰性，特别适用于切削淬硬钢、铸铁、粉末冶金材料和耐热合金等铁基材料。结合剂作为粘合cBN颗粒的桥梁，其恰当与否将直接影响PcBN复合材料的性能。

现有技术中常采用的传统陶瓷结合剂包括Al₂O₃、TiN和TiC，具有良好的高温机械性能和热导稳定性，但是由传统陶瓷结合剂制得的PcBN存在室温下硬度、强度和耐磨性差的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法、硼化钨作为聚晶立方氮化硼复合材料粘结相的应用。本发明提供的聚晶立方氮化硼复合材料具有较高的硬度、强度以及优异的耐磨性能。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种聚晶立方氮化硼复合材料，包括以下质量份数的制备原料：

立方氮化硼60～100份；

硼系烧结助剂和碳化钨5～30份；

氧化铝和钴粉1～3份；

所述硼系烧结助剂为高纯硼粉和/或碳化硼。

优选地，所述立方氮化硼的平均粒径为1～22μm。

优选地，所述立方氮化硼包括第一立方氮化硼和第二立方氮化硼；所述第一立方氮化硼的粒径为1～3μm；所述第二立方氮化硼的粒径为4～8μm；所述第一立方氮化硼和第二立方氮化硼的质量比为(8～5):(2～5)。

优选地，所述氧化铝、钴粉的平均粒径均为0.5～2μm；所述氧化铝和钴粉的质量比为1:1。

优选地，所述硼系烧结助剂的平均粒径为0.5～3μm；所述高纯硼粉的平均粒径为0.5～2μm；所述碳化硼的平均粒径为2～3μm；所述碳化钨的平均粒径为1～5μm。

优选地，所述硼系烧结助剂为高纯硼粉时，碳化钨与高纯硼粉的摩尔比例为1～2:2；所述硼系烧结助剂为碳化硼时，碳化硼与碳化钨的摩尔比例为1:2～3。

本发明还提供了上述技术方案所述的聚晶立方氮化硼复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳化钨、氧化铝、硼系烧结助剂、钴粉和立方氮化硼混合，得到混合物料；

将所述混合物料依次进行预反应和烧结，得到所述聚晶立方氮化硼复合材料。

优选地，所述烧结的压力为4～7GPa，温度为1400～1700℃，保温时间为5～15min。

优选地，所述预反应的温度为800～1200℃，真空度为10^-1～10^-3Pa，时间为1～3h。