[發明專利]無色透明聚晶立方氮化硼、制備方法及其應用、包含該無色透明聚晶立方氮化硼的刀具

有效

• 申請號: 201710991290.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN108002353B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 馬寧;王彬彬;李丙文;解亞軍;陳培
• 申請（專利權）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 錢學宇

本發明涉及超硬材料領域，具體而言，提供了一種無色透明聚晶立方氮化硼、制備方法及其應用、包含該無色透明聚晶立方氮化硼的刀具。所述無色透明聚晶立方氮化硼采用高純六方氮化硼制備得到，高純六方氮化硼中C元素的含量和O元素的含量均低于10²¹atoms/cm³。無色透明聚晶立方氮化硼的制備方法包括以下步驟：首先，對六方氮化硼粉體依次進行提純和超凈化，得到高純六方氮化硼；然后對高純六方氮化硼進行燒結即可得到無色透明聚晶立方氮化硼；超凈化包括以下步驟：將六方氮化硼粉體依次在氨氣、氮氣和惰性氣體的保護下進行煅燒。上述制備方法得到的聚晶立方氮化硼呈無色透明狀態，且硬度和耐磨性更高。

技術領域

本發明涉及超硬材料領域，具體而言，涉及一種無色透明聚晶立方氮化硼、制備方法及其應用、包含該無色透明聚晶立方氮化硼的刀具。

背景技術

氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體，化學組成為43.6％的硼和56.4％的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纖鋅礦氮化硼(WBN)。聚晶立方氮化硼(Polycrystalline cubic boron nitride，簡稱PCBN)是1975年出現的新型高性能超硬材料，它克服了單晶材料各項異性的特點，并且具有熱穩定性好、化學惰性強、硬度高等優點。

PCBN可以分為含結合劑的PCBN和純PCBN。含結合劑的PCBN是將立方氮化硼微粉加結合劑在高溫高壓下進行合成，其中結合劑在該過程中起著重要作用，雖然結合劑的存在可以降低合成PCBN所需的溫度與壓力，但PCBN的硬度、韌性都會受到影響。

在沒有結合劑的參與下，由CBN在高溫高壓下燒結可得純PCBN。通過對比研究發現純PCBN的各種機械性能遠遠大于含粘合劑的PCBN。但由于制備條件的限制(大于9.0GPa、2200～2400℃)，在工業上不易實現，目前只有少數公司可以合成，距大規模的商業化生產還有待努力。另外，合成出的純PCBN樣品由于雜質元素的存在不能出現無色透明的晶體。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種無色透明聚晶立方氮化硼，該聚晶立方氮化硼采用高純六方氮化硼制備得到，高純六方氮化硼的純度較高，C元素的含量和O元素的含量均低于10²¹atoms/cm³時，聚晶立方氮化硼能夠呈現出無色透明的狀態。

本發明的第二目的在于提供一種無色透明聚晶立方氮化硼的制備方法，該方法工藝合理、簡單、易操作，能夠有效去除六方氮化硼粉體中的C、O、H、Cl和Na等雜質元素，保證高純六方氮化硼的高純度進而使聚晶立方氮化硼呈現無色透明狀態，且由于在制備過程中不添加粘結劑，因此得到的聚晶立方氮化硼的硬度和耐磨性更高。

本發明的第三目的在于提供一種包含上述無色透明聚晶立方氮化硼的刀具，該刀具具有更高的硬度和耐磨性，切削性能好。

本發明的第四目的在于提供一種上述無色透明聚晶立方氮化硼在刀具或金屬加工中的應用，能夠使刀具具有更高的切削性能，使金屬的加工效率和加工質量得以提高。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種無色透明聚晶立方氮化硼，所述聚晶立方氮化硼采用高純六方氮化硼制備得到，所述高純六方氮化硼中C元素的含量和O元素的含量均低于10²¹atoms/cm³。

作為進一步優選地技術方案，所述高純六方氮化硼中C元素的含量低于10¹⁹atoms/cm³。

作為進一步優選地技術方案，所述高純六方氮化硼中O元素的含量低于10¹⁸atoms/cm³。