[发明专利]一种粘结剂、聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种粘结剂、聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法，该粘结剂包括组分金属铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硅和氮化钛，其中，金属铝和二氧化硅在烧结过程中发生反应形成氧化铝和硅单质，氧化铝的熔点远高于金属铝，硅单质又具有良好的导热性，如此，该粘结剂可以有效克服金属粘结剂和陶瓷粘结剂的缺点，用于制备聚晶立方氮化硼复合材料过程中，可以有效提高刀具的硬度、韧性及导热性能，具有广阔的适应性。

技术领域

本发明属于超硬材料领域，具体地，涉及一种粘结剂、聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法。

背景技术

聚晶立方氮化硼是立方氮化硼颗粒和一定比例的粘结剂在高温高压下烧结而成的。粘结剂在合成聚晶立方氮化硼的过程中起着重要的作用，加入适量的粘结剂可以降低烧结温度和压力，并能改善烧结体的性能。聚晶立方氮化硼粘结剂主要有金属粘结剂和陶瓷粘结剂。

其中，金属粘结剂通常在700～800℃就会软化，会导致聚晶立方氮化硼的耐磨性下降。陶瓷粘结剂具有较高的耐高温磨损和较强的抗化学磨损优点，但陶瓷在高温时导热性差，使切削温度集中在被加工材料上，使之软化。因此，开发一种粘结剂克服金属粘结剂的软化问题和陶瓷粘结剂的导热问题具有重要的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种粘结剂、聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种粘结剂，它包括以下质量份的组分：金属铝（Al） 2～5份、二氧化硅（SiO₂） 13～35份、碳化硅（SiC） 30～40份、氮化硅（Si₃N₄） 10～15份和氮化钛（TiN） 15～30份。

基于上述粘结剂，它的平均粒径为200～300 nm。

基于上述粘结剂，它还包括石墨烯微粉0.5～2.5份，所述石墨烯微粉的粒径为15～42 nm。

一种聚晶立方氮化硼复合材料，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼65～87份和上述粘结剂13～35份。

基于上述，所述立方氮化硼的平均粒径为3～7 μm。

一种上述的聚晶立方氮化硼复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

将所述粘结剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；

在60～100 MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；

将所述坯体在4～6.5 GPa、1200～1500℃条件下烧结5～10 min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼复合材料。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步。具体的说，本发明提供一种粘结剂，在烧结过程中，金属铝起到金属粘结剂的作用，烧结温度逐渐上升，金属铝和二氧化硅发生反应形成氧化铝和硅单质，氧化铝和硅单质的熔点都远高于金属铝，可以有效避免金属粘结剂的软点效应，而且氧化铝和粘结剂中的陶瓷组分碳化硅、氮化硅和氮化钛共同作用，使聚晶立方氮化硼具有良好的硬度和韧性，同时，硅单质和石墨烯微粉还可以有效提高聚晶立方氮化硼的导热性。另外，本发明还提供一种聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法，采用上述粘结剂和立方氮化硼混合制备聚晶立方氮化硼复合材料，经检测，所述聚晶立方氮化硼复合材料的硬度为3121～3352 Hv，冲击次数为40～46，导热系数为91～142 W/(m·K)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1