[發明專利]一種低融結合劑cBN復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510984782.1
• 申請日: 2015-12-25
• 公開（公告）號: CN105622106B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 雷君
• 申請（專利權）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/5831
• 分類號: C04B35/5831;C04B35/63;C04B35/64
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 田小伍

一種低融結合劑cBN復合材料的制備方法，屬于cBN復合材料領域，包括如下步驟：（1）將玻璃相的結合劑和cBN混合、球磨后所得物料裝填到模具中；（2）將模具置于SPS燒結腔內，施加單軸向壓力、抽真空后加入惰性保護性氣體，在30~110Mpa、500~900℃條件下進行放電等離子體燒結10~30min，然后隨爐冷卻并隨溫減壓后關真空泵；（3）待模具降溫后，將坯體從燒結腔里取出即可。本發明提供的制備方法使成型坯體在較低的溫度下，尤其是在650~800℃的低溫范圍內即可達到致密燒結，低溫常壓放電等離子體燒結能避免立方氮化硼的六方轉化，放電等離子體使燒結體內部各個顆粒均勻的自發產生焦耳熱，并活化顆粒表面，有效利用顆粒間的自身發熱作用而進行燒結，得到的cBN復合材料具有較高質量。

技術領域

本發明屬于cBN復合材料領域，具體涉及一種低融結合劑cBN復合材料的制備方法。

背景技術

立方氮化硼（cBN）具有高硬度、熱穩定性、化學惰性以及良好的透紅外性和較寬的禁帶寬度等優異性能，它的硬度僅次于金鋼石，但熱穩定性遠高于金鋼石，對鐵系金屬元素有較大的化學穩定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分優異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產率，還能有效地提高工件的磨削質量。立方氮化硼的使用是對金屬加工的一大貢獻，導致磨削發生革命性變化，是磨削技術的第二次飛躍。因此，采用立方氮化硼制備的各種材料具有廣闊的市場前景。

目前，立方氮化硼（cBN）復合材料的燒結大多是在高溫高壓 (大于5GPa，1000~1400℃)條件下進行(Mikinori Hotta, Takashi Goto, Densification and PhaseTransformation of b-SiAlON–Cubic Boron, Nitride Composites Prepared by SparkPlasma Sinterin, Journal of the American Ceramic Society,2009, 92 [8] 1684-1690），存在燒結生產過程及設備較為復雜、生產控制要求較嚴、模具材料要求高、電能消耗大、生產效率低、勞動力消耗大等缺陷。由于高溫高壓合成工序復雜，影響產品質量事故的因素難以判斷。

另外結合劑的選取對cBN復合材料的燒結及性能影響至關重要，目前一般采用的主要以Ti的氮化物、碳化物、金屬Al、Ti、Ni等作為結合劑，這些結合劑大多數要求很高溫度才能達到燒結的效果，然而，cBN 在 1400℃就開始發生六方轉化，轉化為hBN，hBN的出現會讓復合材料的硬度和抗折強度大幅度降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低融結合劑cBN復合材料的制備方法。

基于上述目的，本發明采用以下技術方案：一種低融結合劑cBN復合材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將玻璃相的結合劑和cBN混合、球磨后所得物料裝填到模具中；

（2）將裝填過物料的模具置于SPS燒結腔內，施加單軸向壓力、抽真空后加入惰性保護性氣體，在30~110Mpa、500~900℃條件下進行放電等離子體燒結10~30min，然后隨爐冷卻并隨溫減壓后關真空泵；

（3）待模具降溫后，將坯體從燒結腔里取出即可。

進一步地，所述結合劑采用以下方法制備：將石英砂、硼酸、碳酸鈉和氧化鋁中兩種或兩種以上研磨混合、在高溫爐中進行燒結，待溫度升至400~500℃保溫30~180min后，自然冷卻至室溫后，進行球磨、烘干、過篩，得到粒度為1-30μm的低融玻璃相的結合劑粉體。

進一步地，cBN占結合劑與cBN的混合物的體積分數為30%~90%。

進一步地，步驟（2）中放電等離子體燒結的溫度為650~800℃。

進一步地，步驟（2）中，所述惰性保護性氣體為氮氣或氬氣。