[發明專利]低氧化硼復合材料

無效

• 申請號: 201080033222.3
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN102510907A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: A·巴勒斯;J·拉瑟爾;M·斯爾勒;M·赫曼
• 申請（專利權）人: 六號元素磨料股份有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/12;B24D3/06;C01B35/10;C04B35/01;C04B35/626;C04B35/64
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

發明背景

本發明涉及低氧化硼復合材料。

合成超硬材料的發展已引起材料科學家的極大興趣，這些合成超硬材料的硬度值接近或甚至超過金剛石的硬度值。金剛石具有70-100GPa的維氏硬度，它是最硬的已知材料，其次是立方氮化硼(Hv～60GPa)和低氧化硼，本文也稱其為B₆O。B₆O單晶體的硬度值在0.49N和0.98N的載荷下分別測定為53GPa和45GPa，這類似于立方氮化硼的硬度值。

已知B₆O也可以是非化學計量比的，即以B₆O_1-x存在(其中x為0-0.3)。這樣的非化學計量比形式包括在術語B₆O之內。這些材料強的共價鍵和短的原子間鍵長促成它們優異的物理性質和化學性質，例如大的硬度、低的質量密度、高的熱導率、高的化學惰性和優異的耐磨性。潛在的工業用途包括用于磨輪、研磨劑和切削工具。

已利用若干技術來制備低氧化硼并且這些技術包括諸如下列工序：使單質硼(B)與氧化硼(B₂O₃)在適當高的壓力和高溫條件下反應。在美國專利第3,660,031號中，提到了制備低氧化硼的其它方法，例如用鎂還原氧化硼(B₂O₃)，或者通過用單質硼還原氧化鋅。然而，利用這些已知工序中的每一種時，都存在妨礙該材料在工業中的有效性的缺點。例如用鎂還原B₂O₃在所述低氧化物中產生鎂和硼化鎂雜質的固溶體，而用硼還原氧化鎂僅產生相對小的低氧化硼產率并且是非常低效的。

WO2007/029102公開了用鋁化合物制備的B₆O復合物，所述鋁化合物在晶界處產生硼酸鋁相。獲得了約3.5MPa.m^0.5的斷裂韌性且具有29.3GPa的相應硬度。該復合物中存在的鋁相是軟的并且盡管它們可改善所得復合物的斷裂韌性，然而它們對于該復合物的總體硬度沒有貢獻。

WO2008/132676描述了一種包含低氧化硼和二次相的低氧化硼復合材料，該二次相含有硼化物例如硼化鋯、硼化鉿、硼化鎢、硼化鉬等。

WO2008/132674描述了一種包含低氧化硼和二次相的低氧化硼復合材料，該二次相含有至少兩種金屬氧化物的混合物，它們均不是含硼的氧化物。

WO2008/132672描述了一種包含低氧化硼和二次相的低氧化硼復合材料，該二次相含有稀土金屬氧化物。

美國專利號5,456,735描述了一種通過用包含低氧化硼復合物材料的研磨工具磨蝕表面從該表面去除材料的方法。該低氧化硼復合材料包含處在基質中的低氧化硼顆粒，在一個實施方案中該基質可以是銅基合金。該銅基合金的存在量是至少25體積％。

對于具有增強的機械性能、特別是增強的斷裂韌性的低氧化硼材料(B₆O)存在需求。

發明概述

根據本發明，提供了一種包含低氧化硼和二次相的低氧化硼復合材料，其中該二次相含有金屬，該金屬選自金、銀和銅以及基于這些金屬中一種或多種或者含有這些金屬中一種或多種的合金，并且其中該金屬或合金在所述材料中的存在量小于約20體積％，優選小于約6體積％。

二次相中金屬的存在可使該復合材料更易于釬焊至基材。

可使用本領域中已知的任何適宜的釬焊合金來實現釬焊。一種適宜的釬焊合金實例是Cu/Ag/Ti合金。

該二次相可基本上由金屬組成，即任何其它元素或化合物將僅為痕量或微量。

該二次相可含有改善或增強所述復合材料性能的其它元素或化合物。在一些實施方案中，硼化物形成劑例如鈦、釩、鎳、鐵、鈷或鉻可存在于該二次相中。所有這些元素均是強的硼化物形成劑，從而導致在復合材料制造過程中形成硼化物。雖然不希望受任何特定理論限制，但所述硼化物的形成改善金屬與B₆O相的潤濕性和結合，這可導致在復合材料中形成更強的延性橋接(bridge)。當所述其它元素或化合物是硼化物形成劑或硼化物時，此類元素或化合物在二次相中的存在量可以小于50重量％。

低氧化硼可以是顆粒或粒狀低氧化硼。該低氧化硼顆?；蛄Ａ献陨淼钠骄６葍炦x細小并且范圍可以為100nm至100μm，優選為100nm至10μm。