[發(fā)明專利]一種氮化鈦-二硼化鈦-立方氮化硼復合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410253601.3
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104030690A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 張建峰;吳玉萍;洪晟;郭文敏
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C04B35/5831
• 分類號: C04B35/5831;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發(fā)明屬于材料加工工程中的反應燒結成型領域，具體涉及一種氮化鈦-二硼化鈦-立方氮化硼復合材料的制備方法。?

背景技術

氮化鈦(TiN)、二硼化鈦(TiB₂)及碳化鈦(TiC)等都具有高硬度、高抗磨損性以及良好的高溫抗氧化性等，因此經常被用作刀具材料及耐磨部件等。為進一步提高其硬度和耐磨損性能，滿足高速切削的要求，有研究者采用立方氮化硼等材料作為添加相制備復合材料。立方氮化硼是硬度僅次于金剛石的第二硬材料，常用作磨料和刀具材料。上世紀50年代左右，美國、南非、前蘇聯(lián)和日本等國家利用人造金剛石微粉和人造cBN(立方氮化硼)微粉燒結成尺寸較大的聚晶塊作為刀具材料。70年代初又推出了cBN和硬質合金的復合片，它們是在硬質合金基體上燒結或壓制一層0.5mm～1mm的PCD或PcBN而成，從而解決了超硬刀具材料抗彎強度低、鑲焊困難等問題，使超硬刀具的應用進入實用階段。1980年，GE公司的Wentorf等人在Science雜志報道了他們在燒結金剛石與cBN材料方面取得的成果(Science，208(1980)873-880)，即采用超高壓條件燒結制備了致密的金剛石-cBN材料。2013年1月，燕山大學的田永君教授在Nature雜志發(fā)表學術論文(Nature，493(2013)385-388)，進一步使用類似洋蔥結構的氮化硼微粒制備出了納米等級的立方氮化硼，硬度已超越金剛石，成為世界上最硬的物質。目前，cBN刀具材料的制備主要用cBN微粉和結合劑(如Co、Al、Ti和TiN等)，在壓力為4～8GPa、溫度為1300～1900℃的條件下燒結而成，制備成本高，產量低，且制品形狀大小受到限制。另外，cBN刀具也有使用上的一些局限，如其脆性較大、強度和韌性較差，不適用于沖擊負荷下的間斷表面加工。使用cBN作為硬質相提高其他刀具材料的硬度、韌性等性能，成為最近人們關心的熱點問題。而超硬cBN相的引入不僅會顯著提高TiN-TiB₂復合材料的硬度和耐磨損，其本身在復合材料中作為超硬粒子，引發(fā)裂紋偏轉從而可以進一步提高材料的韌性。?

目前，為制備含cBN相的復合材料，大多使用干混或球磨方法混料，然后進行加壓燒結。如Rong等人將cBN、TiN、Al三種粉末在瑪瑙研缽中干混1～2小時，然后進行高壓燒結(Diamond?and?Related?Materials11(2002)280-286)。?張銳等人在其授權專利中(授權公告號，CN101560624B)，將立方氮化硼及結合劑混合后球磨，球磨時間比為4～20小時；球磨后干燥過篩，冷壓成型并進行燒結得到成品。這類混合方法難以達到各相之間的均勻分散，且即使有燒結助劑，燒結溫度也普遍較高，易引起cBN相向六方氮化硼(hBN)轉變。六方氮化硼(hBN)為軟相，晶體結構和硬度類似于石墨，因此cBN向hBN的相變將引起材料硬度的降低和切削性能的惡化。另外相變所帶來的體積變化同時會導致材料致密度的降低，也會引發(fā)刀具材料耐磨損性能的降低，從而導致其使用壽命進一步縮短。日本的Yoshida等人(Journal?of?Materials?Research，1997，12(3)，pp585-588)采用融鹽法在cBN包覆了一層TiN-TiB₂涂層，然后在1450℃左右5.5GPa的壓力下燒結30分鐘獲得了TiN-TiB₂-cBN(氮化鈦-二硼化鈦-立方氮化硼)復合材料，但這種方法處理周期長，步驟復雜，且融鹽對實驗者有較大的毒害性。?

發(fā)明內容

本發(fā)明提出一種氮化鈦-二硼化鈦-立方氮化硼復合材料及制備方法，以解決現(xiàn)有制備方法中存在的步驟復雜且分散不均勻的問題。?

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種氮化鈦-二硼化鈦-立方氮化硼復合材料的制備方法，包括如下步驟：?

(1)采用Ti粉(鈦粉)和cBN粉(立方氮化硼粉)為原料，利用原位反應制備氮化鈦-二硼化鈦-立方氮化硼復合材料，反應方程式如下：?