[發明專利]一種純相聚晶立方氮化硼及其制備方法

有效

• 申請號: 201910527376.0
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110171978B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 雷君;李和鑫;王彬彬;黃紅衛
• 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
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

本發明屬于超硬材料技術領域，具體涉及一種純相聚晶立方氮化硼及其制備方法。本發明的純相聚晶立方氮化硼的制備方法，包括以下步驟：(1)將納米立方氮化硼、含氮化合物、水混合均勻，然后真空冷凍干燥，得混合物；(2)將混合物預壓得毛坯片，然后將毛坯片在6～8GPa、1400～1700℃條件下合成15～25min。本發明采用納米級的立方氮化硼為原料合成聚晶立方氮化硼，能夠避免其他相的氮化硼的存在，并且制得的純相聚晶立方氮化硼具有較高的硬度以及導熱率。

技術領域

本發明屬于超硬材料技術領域，具體涉及一種純相聚晶立方氮化硼及其制備方法。

背景技術

聚晶立方氮化硼(PcBN)具有高硬度、良好的導熱性和優異的化學溫穩定性，常被用作切削刀具材料，適合加工淬硬鋼、耐磨鑄鐵和高溫合金。多數商業化的PcBN為含有結合劑的PcBN，常用的結合劑為金屬結合劑或陶瓷結合劑。然而金屬結合劑在高溫條件下易軟化，會導致聚晶立方氮化硼的耐磨性和硬度下降；陶瓷結合劑雖然具有較高的耐高溫磨損性能和較強的抗化學磨損的優點，但是陶瓷結合劑在高溫時導熱性較差，使得切削溫度集中的被加工材料上，影響被加工材料的質量。無結合劑的PcBN即純相PcBN則不存在上述問題，并且具有較好的高溫性能，特別是擁有納米晶?；蚣{米結構的PcBN的性能甚至高于單晶體的性能。

無結合劑的聚晶立方氮化硼通常是由立方氮化硼(CBN)或其他相的氮化硼燒結而成。若直接采用CBN燒結，由于CBN顆?；瘜W惰性較高，從而使得燒結條件比較苛刻，通常需要7GP以上的壓力以及1800℃以上的溫度。若采用其他相的氮化硼如石墨狀氮化硼、六方相氮化硼(hBN)或者具有特殊結構的氮化硼(如洋蔥狀)為初始原料，在燒結過程中容易存在未轉化為立方相的氮化硼如纖鋅礦型氮化硼(wBN)，并且燒結條件較為苛刻。

發明內容

本發明的目的在于提供一種純相聚晶立方氮化硼的制備方法，該在較溫和的條件下得到較高純度的聚晶立方氮化硼。

本發明的目的還在于提供一種采用上述制備方法制得的純相立方氮化硼。

為實現上述目的，本發明的純相聚晶立方氮化硼的制備方法采用的技術方案為：

一種純相聚晶立方氮化硼的制備方法，包括以下步驟：

(1)將納米立方氮化硼、含氮化合物、水混合均勻，然后真空冷凍干燥，得混合物；

(2)將混合物預壓得毛坯片，然后將毛坯片在6～8GPa、1400～1700℃條件下合成15～25min。

本發明以立方相的氮化硼為初始原料，避免了其他相的氮化硼的生成，得到的聚晶立方氮化硼的純度較高。本發明采用的立方氮化硼為納米級，具有較高的表面能，活性較高，有利于在合成聚晶立方氮化硼過程中形成納米級孿晶結構，從而使得到的聚晶立方氮化硼具有較高的硬度。所用的含氮化合物起到觸媒的作用，能夠促進立方氮化硼之間發生界面反應形成化學鍵，同時含氮化合物還能夠與氮化硼顆粒表面形成的氧化硼薄膜發生反應，形成立方氮化硼微晶，促進立方氮化硼之間的直接鍵合。由于納米立方氮化硼粉體比表面積大，極易出現團聚現象，并且所用含氮化合物在一定條件下(如高能球磨)可能會引起爆炸，因此本發明采用固液混合的方式利用顆粒在液體介質中的相互作用力，使納米立方氮化硼粉體分散均勻，從而使得納米立方氮化硼與含氮化合物混合均勻。并且本發明采用的真空冷凍干燥方式在真空條件下將水直接升華除去，干燥得到的粉體保持了原有的骨架結構，能夠在保證納米立方氮化硼與含氮化合物在高度分散的狀態下達到干燥效果。本發明的純相聚晶立方氮化硼的制備方法采用的反應條件更加溫和，能夠降低對設備的要求，降低生產成本。

為保證含氮化合物能夠在燒結過程中能夠脫除，所述含氮化合物為銨鹽或肼。

為保證銨鹽能夠在燒結過程中全部脫除，所述銨鹽中酸根離子為揮發性酸根離子。