[发明专利]一种立方氮化硼的合成方法

说明书

本发明提供了一种立方氮化硼的合成方法，是以hBN为原料，MgAlB₁₄和Li₃BN₂的混合物为触媒材料，在超高压高温下合成立方氮化硼。本发明所使用的MgAlB₁₄和Li₃BN₂的混合物为一种新型触媒材料，提高了触媒材料的化学惰性，进一步提高合成cBN过程中hBN的转化率和cBN的质量。

技术领域

本发明属于超硬材料合成技术领域，特别涉及一种立方氮化硼的合成方法。

背景技术

立方氮化硼（cBN）具有仅次于金刚石的高硬度和优于金刚石的热稳定性及化学惰性，被用作超级磨料制成各种砂轮和刀具，用于黑色金属材料的加工，具有高效、精密、节能和自动化等优点，在现代加工特别是高精密加工领域得到广泛应用。

到目前为止，工业规模化合成cBN主要采用超高压高温触媒法，即在超高压高温条件下，以六方氮化硼（hBN）为原料，在触媒的参与下转化为cBN并进行晶体生长。碱金属、碱土金属及其氮化物、硼化物、氮硼化物是常用的触媒材料，这类材料性质活泼，容易与氧、水发生反应造成性能劣化，影响hBN的转化率和转化的cBN的质量。中国专利文献CN100337733 C 公开了一种立方晶氮化硼及其制造方法，该专利中为减弱触媒的氧化，在其触媒中加入有机物，覆盖在触媒颗粒的表面，隔绝与氧或水的接触，但这容易引入其他残留的杂质，对合成的cBN强度有很大的影响。同一发明人的专利CN 101323438 B公开了一种立方氮化硼合成方法，该专利采用Mg-Al合金和碱金属、碱土金属氮化物的混合物做触媒，触媒稳定性提高，合成压力温度范围宽，但hBN转化率较低，只有30%~39%。

由于触媒对cBN的合成具有至关重要的影响，因此，急需寻找新的触媒材料来提高触媒的稳定性、hBN的转化率及合成cBN的质量。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种立方氮化硼的合成方法。该方法采用一种新型触媒材料合成立方氮化硼，该新型触媒材料性能稳定，具有良好的化学惰性，合成立方氮化硼的过程中可提高hBN的转化率及合成的cBN质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种立方氮化硼的合成方法，是以hBN为原料，MgAlB₁₄和Li₃BN₂的混合物为触媒材料，在超高压高温下合成立方氮化硼，包括以下步骤：

（1）选用纯度≥96%的hBN为原料，MgAlB₁₄和Li₃BN₂的混合物为触媒材料；

（2）将hBN原料和触媒材料按比例混合后在三维混料机上进行充分混合5~8小时；

（3）混合完毕后，将混合料在液压机上压制成圆柱状，装入石墨加热体中，然后装入叶腊石组装块中；

（4）将组装好的叶腊石块放入六面顶压机，在压力4.0~5.1GPa、温度1300℃~1800℃的条件下加热合成5~10分钟；

（5）合成完毕后，采用酸碱提纯处理即可得到cBN单晶。

作为本发明优选的技术方案，所述hBN原料、MgAlB₁₄及Li₃BN₂的粒度均≤100目。

作为本发明优选的技术方案，所述hBN原料和触媒材料的混合比例为，按质量比计，hBN：MgAlB₁₄：Li₃BN₂ =100:7~12:3~7。