[發明專利]燒結的聚晶立方氮化硼材料

在審

• 申請號: 201880017876.3
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN110431247A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: A·坎;A·M·M·莫特切拉霍;M·米蘭達-費爾南德斯
• 申請（專利權）人: 六號元素(英國)有限公司
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C04B35/5831;B22F3/14;B22F3/105
• 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: 王海寧

提供一種制造聚晶立方氮化硼(PCBN)材料的方法。基質前體粉末包含鋁化合物。該方法包括混合基質前體粉末與30?40體積％的立方氮化硼(cBN)顆粒，該基質前體粉末包含平均顆粒尺寸不大于250nm的顆粒，該立方氮化硼(cBN)顆粒具有至少4μm的平均顆粒尺寸，和然后使混合顆粒進行放電等離子體燒結。在至少500MPa的壓力、不低于1050℃且不高于1500℃的溫度和不小于1分鐘且不大于3分鐘的時間下進行該放電等離子體燒結。

技術領域

本發明涉及燒結的聚晶立方氮化硼材料領域，以及制造此類材料的方法。

背景技術

聚晶超硬材料，如聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)，可用于各種工具，用于切削、機加工、鉆孔或降解硬質材料或磨蝕性材料，如巖石、金屬、陶瓷、復合材料和含木材料。

磨料壓塊廣泛用于切削、銑削、磨削、鉆孔和其它研磨操作。它們通常含有分散在第二相基質中的超硬磨料顆粒。基質可以是金屬或陶瓷或金屬陶瓷。超硬磨料顆粒可以是金剛石、立方氮化硼(cBN)、碳化硅或氮化硅等。在通常使用的高壓和高溫壓塊制造工藝期間這些顆粒可以彼此結合，從而形成聚晶物質，或者可以通過第二相材料的基質結合從而形成燒結聚晶物體。此類物體通常稱為PCD或PCBN，其中它們分別含有金剛石或cBN作為超硬磨料。

美國專利US 4,334,928教導了一種用于工具的燒結壓塊，該工具基本上由20至80體積％的立方氮化硼組成；且余量是至少一種基質化合物材料的基質，所述基質化合物材料選自周期表的IVa或Va過渡金屬的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和硅化物，它們的混合物和它們的固溶體化合物。該基質在燒結體中形成連續的結合結構，高壓氮化硼散布在連續基質中。該專利中概述的方法都涉及使用機械磨制/混合技術如球磨、砂漿等將期望的材料組合。

對用于基質相的前體粉末進行磨制以減小它們的顆粒尺寸，以便更緊密地混合并改善它們之間的結合，因為較小的顆粒更具反應性。然而，PCBN的典型燒結工藝使用至少1100℃的溫度和至少3.5GPa的壓力來形成PCBN材料。在這些條件下，可以發生晶粒生長并且一些基質顆粒的顆粒尺寸能夠大大增加，從而具有典型高達1μm的尺寸。這對所得PCBN的性質具有不利影響。

發明概述

目的是提供一種燒結的PCBN材料，其具有更均勻的基質晶粒尺寸以提供改善的工具性能。

根據本發明，提供了一種制造聚晶立方氮化硼PCBN材料的方法。該方法包括混合基質前體顆粒與30-40體積％的立方氮化硼cBN顆粒，該基質前體顆粒包括平均顆粒尺寸不大于250nm的顆粒，該基質前體粉末包含鋁化合物，該立方氮化硼cBN顆粒具有至少4μm的平均顆粒尺寸。使混合顆粒在至少500MPa的壓力、不低于1050℃且不高于1500℃的溫度和不小于1分鐘且不大于3分鐘的時間下進行放電等離子體燒結。

作為選擇，壓力為至少1GPa。

作為選擇，溫度選自以下任何：不超過1400℃和不超過1300℃。

作為選擇，時間不超過2分鐘。

該方法任選地還包括以每分鐘100至500℃的加熱速率升溫至所述溫度。

作為選擇，基質材料還包含碳和氮中任何的鈦化合物。

作為選擇，基質材料包含碳氮化鈦、碳化鈦、氮化鈦、二硼化鈦、氮化鋁和氧化鋁中的任何。

將基質粉末和cBN粉末混合的步驟任選地包括濕法聲學混合、干法聲學混合和碾磨中的任何。

該方法任選地包括提供平均尺寸在0.2和15μm之間的cBN顆粒。

該方法任選地包括提供具有選自以下任何的平均尺寸的cBN顆粒：大于1μm和大于4μm。