[发明专利]异质结构金刚石/立方氮化硼复合块材及其制备方法

权利要求书

1. 一种异质结构金刚石/cBN复合块材，其特征在于：其内部是由连续的金刚石区域和嵌在金刚石区域中的多个细长片层状cBN区域构成，且cBN区域的横向尺寸为1-10 μm、厚度方向的尺寸为100-1000 nm，

其中，金刚石区域和cBN区域之间的大部分界面呈波浪形，两区域通过波浪形界面紧密互锁，且

其中，金刚石区域和cBN区域之间的大部分界面呈波浪形被理解为：使用扫描电镜或透射电镜仪器观察块材内部结构，随机选取20个金刚石区域和cBN区域之间的界面进行观察，其中至少80%以上的界面呈波浪形，

且其特征在于，金刚石与cBN的质量比为8:1-1:8。

2. 如权利要求1所述的异质结构金刚石/cBN复合块材，其特征在于：所述金刚石区域由粒径为5-80 nm的金刚石晶粒形成，且晶粒内形成有纳米孪晶组织结构。

3. 如权利要求2所述的异质结构金刚石/cBN复合块材，其特征在于：所述纳米孪晶组织结构的孪晶宽度为2-15 nm。

4. 如权利要求1所述的异质结构金刚石/cBN复合块材，其特征在于：所述cBN区域由粒径为100-800 nm的cBN晶粒组成。

5.如权利要求1所述的异质结构金刚石/cBN复合块材，其特征在于具有以下性能至少其中之一：

1）努氏硬度为50-180 GPa；

2）断裂韧性为15-25 MPa·m^1/2；

3）起始氧化温度超过1000℃。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其包括以下步骤：

（1）以洋葱碳纳米颗粒和六方BN微米片为初始原料通过表面改性和静电自组装形成洋葱碳纳米颗粒包裹六方BN微米片的混合粉体；

（2）将步骤（1）中的混合粉体预压成坯体然后进行高温高压处理；

其特征在于步骤（1）中的混合粉体通过如下步骤形成：

1’）采用洋葱碳纳米颗粒和六方BN微米片为初始原料，使用不同的表面改性剂对洋葱碳纳米颗粒和六方BN微米片进行表面改性处理，使洋葱碳纳米颗粒和六方BN微米片通过带上不同的官能团而带上相反电荷；

2’）对表面改性后的洋葱碳纳米颗粒进行净化处理，除去官能团之外的杂质离子；

3’）将经过净化后的洋葱碳纳米颗粒和六方BN微米片放在甲醇溶液中超声混合，在静电力的作用下洋葱碳纳米颗粒包裹六方BN微米片表面，将悬浮液烘干后得到洋葱碳纳米颗粒包裹六方BN微米片的混合粉体。

7.如权利要求6所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其特征在于步骤（2）通过如下步骤实现：

4’）将洋葱碳纳米颗粒包裹六方BN微米片的混合粉体放入模具中预压成坯体；

5’）将预制坯体放入高温高压实验组装件中，进行高温高压处理；

6’）保温保压一段时间后先降温后卸压，得到所述的异质结构金刚石/cBN复合块材。

8.如权利要求6所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其特征在于：在步骤1’）中，使用强氧化溶液对洋葱碳纳米颗粒表面改性；使用甲醇溶液对六方BN微米片进行表面处理。

9. 如权利要求8所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其特征在于：使用强氧化溶液对洋葱碳纳米颗粒表面改性在温度为30-100℃下处理3-24 h。

10.如权利要求8所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其特征在于：所述强氧化溶液选自过硫酸铵溶液、浓硫酸或浓硝酸。

11. 如权利要求6至8任一项所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其特征在于：所述高温高压处理的压力为10-25 GPa，温度在1800-2100℃。

12. 如权利要求11所述的异质结构金刚石/cBN复合块材的制备方法，其特征在于：保温时间为10-60 min。