[发明专利]一种立方氮化硼聚晶（PcBN）复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种立方氮化硼聚晶（PcBN）复合材料的制备方法。

背景技术

由结合剂将立方氮化硼（cBN）微小的单晶颗粒在高温高压（1350~1650℃，4~6.5GPa）下粘结制备成为块体的PcBN（聚晶立方氮化硼，Polycrystalline CubicBoron Nitride下称PcBN），是用来制作加工淬硬钢、冷硬铸铁、超高强度铁族合金、钛合金等难加工金属的刀具材料。起粘结作用的结合剂占质量比的5~40%，会严重影响PcBN的整体性能。刀具材料最为重要的指标是硬度，理想的PcBN是没有结合剂或结合剂的硬度尽量接近cBN。

基于以上考虑，国内外同行长期集中在金属-陶瓷结合剂方面研究。由于在制造过程中金属-陶瓷结合剂具有金属和陶瓷双重性能，可以形成高硬度、高耐热性化合物，同时还可以与cBN形成一定的反应而结合，并具有合理的韧性，是目前研究PcBN结合剂的热点，例如中国专利[1]（李和鑫，一种立方氮化硼聚晶复合材料，CN102557647A，2012年7月11日），为了提高韧性，采用了很细的结合剂粉料，除立方氮化硼单晶外，结合剂分别由耐磨结合剂、促烧结合剂和增强结合剂组成，其中促烧结合剂为单质元素。但是，明显的缺陷是单元素金属或合金物质残留会降低PcBN的高强度、硬度及耐热性，而残留又是不易避免的。中国专利[2]（陈强，张存升，林树忠，一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，CN102011040A，2011.4.13）也是如此，Co的加入虽提高了韧性，但残留物却降低了烧结体的硬度及耐热性；中国专利[3]（A.R.特韦尔斯基，N.坎，立方氮化硼压块，CN101627139A，2010.1.13）为了提高韧性而采用金属为主的结合剂，尽管采用的金属耐热性较好，但最高使用温度也是在1100℃以下；中国专利[4]（高冈秀充，田岛逸郎，由表面涂覆的立方氮化硼基超高压烧结制成的切削工具，CN101077645A，2007.11.28），通过立方氮化硼表面涂覆获得表面多层结构而提高了烧结能力，但过程麻烦，并残留单质元素，同样将使用温度降低。中国专利[5]（阿布斯-萨米.马立克，斯蒂芬.多莱，立方氮化硼陶瓷复合材料及其制备方法，CN1022116007A，2011.11.12）与本发明在耐热性、韧性等方面的考虑基本相同，但采用的是氮化铝、氮化硅及碳化物等，对于难烧结问题则添加镧系氧化物、甚至铝等，为增加韧性还添加了晶须（氮化硅、碳化硅晶须），在一定程度上增加了混料均匀性的困难，存在一定问题。

Ti、Al及其化合物与cBN的化学亲和性及其优异的性能决定了其成为PcBN结合剂的首选材料，刘进[6]及本项目组[7]对这类金属-陶瓷结合剂进行了相关研究。特别是本项目组在非化学计量比氮化钛与氮化铝烧结过程中形成界面扩散，进而使烧结体更容易烧结，组织中无单质元素或性能较低的合金相存在，并且在保持较高硬度前提下提高了烧结体的韧性。

参考文献

[1].李和鑫，一种立方氮化硼聚晶复合材料，CN102557647A，2012.7.11

[2].陈强，张存升，林树忠，一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，CN102011040A，2011.4.13

[3].A.R.特韦尔斯基，N.坎，立方氮化硼压块，CN101627139A，2010.1.13

[4].高冈秀充，田岛逸郎，由表面涂覆的立方氮化硼基超高压烧结制成的切削工具，CN101077645A，2007.11.28

[5].阿布斯-萨米.马立克，斯蒂芬.多莱，立方氮化硼陶瓷复合材料及其制备方法，CN1022116007A，2011.11.12

[6].刘进，寇自力.AlN基CBN整体烧结体的研究，金刚石与磨料磨具工程，2006，No.5，P57-61、65

[7].赵玉成、王明智，Al与cBN在高温高压下的相互作用，无机材料学报，2008，No.2，P253-256

发明内容

本发明的目的在于提供一种不存在单质元素或低硬度合金相的立方氮化硼聚晶复合材料的制备方法。