[發(fā)明專利]立方氮化硼壓塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310048964.9
• 申請日: 2007-12-11
• 公開（公告）號: CN103451460A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·R·特韋爾斯基;N·坎
• 申請（專利權(quán)）人: 六號元素(產(chǎn)品)(控股)公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/16;C22C26/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所 11038
• 代理人: 王海寧

本申請是優(yōu)先權(quán)日為2006年12月11日、發(fā)明名稱為“立方氮化硼壓塊”的中國發(fā)明專利申請200780045918.6（國際申請?zhí)枮镻CT/IB2007/055019）的分案申請。?

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及立方氮化硼(CBN)磨料壓塊(compact)。?

背景技術(shù)

氮化硼典型地以三種晶體形式存在，即立方氮化硼(CBN)、六方氮化硼(hBN)和纖鋅礦型立方氮化硼(wBN)。立方氮化硼為結(jié)構(gòu)類似于金剛石的氮化硼的硬質(zhì)閃鋅礦形式。在CBN結(jié)構(gòu)中，原子之間形成的健是牢固的，主要為共價四面體健。?

CBN在機加工工具等中具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用?？梢詫⑵溆米魃拜啞⒌毒叩戎械哪チ项w粒，或者使用常規(guī)電鍍技術(shù)將其粘結(jié)于工具本體以形成工具嵌體。?

CBN也可以按粘結(jié)形式用作CBN壓塊，也稱作PCBN（多晶CBN）。CBN壓塊包含CBN顆粒的燒結(jié)物質(zhì)。當(dāng)CBN含量為該壓塊的至少70體積%時，存在大量的CBN與CBN接觸。當(dāng)CBN含量較低時，例如在該壓塊的40-60體積%范圍內(nèi)，這時直接的CBN與CBN接觸的程度是有限的。?

CBN通常還可含有基本是陶瓷性質(zhì)的粘合劑。當(dāng)壓塊的CBN含量小于70體積%時，基質(zhì)相即非CBN相還將典型地包含另外或第二硬質(zhì)相，該相通常也是陶瓷性質(zhì)的。適宜的陶瓷硬相的實例為第4、5或6族過渡金屬(依據(jù)新的IUPAC版式)的碳化物、氮化物、硼化物和碳氮化物，氧化鋁，及它們的混合物。該基質(zhì)相構(gòu)成組合物中除CBN之外的全部成分。?

CBN壓塊傾向于具有良好的抗磨損性，是熱穩(wěn)定的，具有高導(dǎo)熱性、良好的抗沖擊性并且與工件滑動接觸時具有低的摩擦系數(shù)。通常將具有或不具有基材（該基層在燒結(jié)處理期間被整體粘結(jié)至PCBN層）的CBN壓塊切割成待用的特定切削或鉆孔工具的所需尺寸和/或形狀，并然后使用釬焊技術(shù)安裝在工具本體上。?

CBN壓塊可以在工具嵌體或工具的成形中直接機械固定于工具本體。然而，對于許多應(yīng)用，優(yōu)選將該壓塊粘結(jié)于基材/載體材料，形成負載的壓塊結(jié)構(gòu)，并然后將該負載的壓塊結(jié)構(gòu)機械固定于工具本體。該基材/載體材料典型地為膠結(jié)金屬碳化物，其與粘合劑如鈷、鎳、鐵或者其混合物或合金粘結(jié)在一起。金屬碳化物顆?？梢园u、鈦或鉭的碳化物顆?；蚱浠旌衔铩?

制造多晶CBN壓塊和負載的壓塊結(jié)構(gòu)的已知方法包括，使CBN顆粒的未燒結(jié)物質(zhì)與粉狀基質(zhì)相一起經(jīng)受高溫和高壓(HPHT)條件（即CBN在結(jié)晶學(xué)或熱力學(xué)上穩(wěn)定的條件）適當(dāng)?shù)臅r間段。?

所用的典型高溫高壓條件為1100℃或更高的溫度和2GPa或更高數(shù)量級的壓力。保持這些條件的時間段通常為約3-120分鐘。?

具有至少70體積%CBN含量的CBN壓塊稱作高CBN?PCBN材料。它們廣泛地應(yīng)用于制造對灰口鑄鐵、白口鑄鐵、粉末冶金鋼、工具鋼和高錳鋼進行機加工所用的切削工具。除了使用條件例如切削速度、切削的進刀和深度外，通常已知PCBN工具的性能還取決于工件的幾何形狀，且特別地取決于該工具是否長時期不變地作用于工件，本領(lǐng)域中稱作為“連續(xù)切削”，或者取決于該工具是否以斷續(xù)方式作用于工件，本領(lǐng)域中通常稱作“斷續(xù)切削”。?

高CBN?PCBN材料典型地用于灰口鑄鐵、白口鑄鐵、高錳鋼和粉末冶金鋼的粗加工和精加工操作。?

在對該領(lǐng)域的深入研究之后發(fā)現(xiàn)，這些不同模式的切削、機加工操作和不同類型的工件材料對構(gòu)成工具切削刃的PCBN材料具有非常不同的要求。典型地，這些應(yīng)用領(lǐng)域中就高性能而言的PCBN材料應(yīng)具有高的抗磨損性、高的抗沖擊性、高的導(dǎo)熱性、良好的抗月牙洼磨損性和良?好的耐熱性，即能夠在高溫下維持這些性能。切削工具尖端在機加工期間可達到約1100℃的溫度。?

應(yīng)用中提供上述行為的性能組合僅可通過如下材料實現(xiàn)：該材料具有高CBN含量（高于70體積%）和能與CBN形成高強度粘結(jié)的粘合劑相，高韌性且在高溫下可保持其性能。?

高CBN含量PCBN材料的常規(guī)PCBN材料設(shè)計方法曾使用金屬基起始材料與CBN反應(yīng)形成作為粘合劑相的穩(wěn)定陶瓷化合物。高壓高溫?zé)Y(jié)的PCBN材料基本上無孔隙且是陶瓷性質(zhì)的。已知陶瓷材料具有高的抗磨損性、高的導(dǎo)熱性、良好的抗月牙洼磨損性，但它們由于其固有的脆性而缺乏抗沖擊性。?

主要問題是，工具趨于因粘合劑相的弱點而破裂或碎裂所致的災(zāi)難性失效，其由于市場中對于更高產(chǎn)率的日益增加的需求而加劇。這典型地導(dǎo)致工具的縮減壽命，這使得必須定期更換工具。這進而典型地導(dǎo)致不希望的生產(chǎn)成本增加。?