[发明专利]制备多峰立方氮化硼粉末的方法

说明书

制备cBN复合粉末的多步研磨方法，所述方法包括通过添加粘结剂和第一cBN成分形成第一粉末混合物，将所述第一粉末混合物研磨第一时间段，将第二cBN成分与所述研磨的第一粉末混合物合并以形成第二粉末混合物，并且将所述第二粉末混合物研磨第二时间段(小于所述第一时间段)以形成cBN复合粉末。所述第二cBN成分的D50值与所述第一cBN成分的D50值之比为至少3.0。对所述两种cBN成分分级粉使用不同研磨时间的两步研磨控制了所述cBN复合粉末混合物中研磨碎片的量。所述cBN复合粉末在HPHT条件下的进一步加工形成无cBN粒子的直径的平均值小于2.0微米的基于cBN的陶瓷。

与相关申请的交叉引用

无。

技术领域和工业实用性

本公开总的来说涉及切削工具，具体来说涉及包含基于立方氮化硼(cBN)的陶瓷的切削工具刀片。此外，本公开涉及使用具有cBN的多峰粒度分布的陶瓷粉末掺混物来生产用于制造成切削工具刀片的立方氮化硼复合材料的方法，其中将至少两种不同粒度分布的cBN原材料从最细的分级粉到较粗的分级粉以逐步方式进行掺混，并通过调整应用于较粗cBN的研磨时间来控制研磨碎片的量。

在常规方法中，首先通过在研磨机中掺混或在浆料中超声掺混，将cBN粉末与陶瓷粉末例如TiN、TiCN和金属粉末例如铝和铝化钛(titanium alumide)掺混。理想情况下，cBN粒子被均匀分散在由粘结剂相材料、即陶瓷和金属粉末形成的基质中。然而，对于具有细cBN例如小于或等于6微米粒子的粉末来说，超声技术未必提供充分的分散度。研磨是实现均匀分散的最有效方法。

总的来说，研磨作为粉碎和分散的手段，在本领域中是公知的。在研磨陶瓷粉末中常用的研磨技术包括常规球磨机、滚筒球磨机、行星式球磨机、超微磨碎机(attritormill)和搅拌球磨机。所述过程中的基本元件包括研磨罐、研磨介质和旋转元件。研磨可以是干式或湿式的，在后一种情况下混合物包括研磨介质例如醇。通常将待研磨的材料置于研磨罐中且暴露于研磨介质，并通过所述材料与研磨介质和研磨罐的物理接触进行研磨。当在本文中使用时，术语“研磨碎片”是指由于磨粒、研磨体和内衬之间的摩擦而从研磨介质或研磨机的内衬产生的任何材料。有许多因素决定研磨碎片的量，包括研磨介质的尺寸和密度、罐的尺寸和浆料粘度。研磨碎片通常随着研磨时间、cBN粒度和研磨速度而增加。

一般来说，基于cBN的陶瓷在高压高温(HPHT)条件下烧结。首先将cBN复合粉末掺混物与或不与支承结构一起装载到耐火舱中，所述支承结构在适用的情况下通常是硬质金属如烧结硬质合金。通常将若干个这样的耐火舱汇集在高压室核心中。在HPHT过程中，材料经受至少4GPa的压力和至少1300℃的温度(参见例如美国专利号5,512,235，其全部内容通过参考并入本文)。在这些条件下，所述cBN复合粉末掺混物被烧结至全密度，并且所述支承结构如果存在的话，至少由于支承结构中的钴的熔化而变软并附接到所述烧结的cBN复合材料。

cBN在机械加工工具中具有广泛的商业应用，并且已被广泛用作研磨产品中的磨粒并以cBN复合材料的形式用作切削工具。通常，cBN复合材料通过例如经钎焊直接粘结到刀体来使用。

cBN切削工具的切削性能可以受到尤其是在HPHT过程中使用的cBN粉末混合物、即cBN粒子和粘结剂相粒子的特性的影响。影响cBN粉末混合物的特性的性能的实例包括cBN粒度(和相对于粘结剂相的粒度的尺寸)、cBN粒度分布和cBN粒子在粘结剂中的分散度。通常，cBN切削刀片的具体性能目标是这些特性之间的平衡。cBN粒度的双峰掺混物的使用，对于通过提高耐磨损性和韧性来改进切削工具的性能来说是理想的。