[發(fā)明專利]一種立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010230283.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN111348628A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李艷國(guó);鄒芹;王明智;趙玉成;王志偉;鄒娟;尹育航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B21/064
• 分類號(hào): C01B21/064;C01B32/15;C01B32/18;C04B35/52;C04B35/5831;C04B35/622;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

1.一種立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料，其特征在于：碳納米蔥與立方氮化硼混合燒結(jié)制得立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料，其中，制備所用原料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：立方氮化硼占總質(zhì)量的15～50wt.％，余量為碳納米蔥。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料，其特征在于：立方氮化硼的化學(xué)組成為43.6％的硼和56.4％的氮，晶體中原子的排列方式為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，立方氮化硼的粒度0.5～5微米。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料，其特征在于：碳納米蔥的平均粒度約為5nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料，其特征在于：所述碳納米蔥是由爆轟法生產(chǎn)的納米金剛石經(jīng)過(guò)真空退火處理制備的，其成分為碳，晶體結(jié)構(gòu)為納米洋蔥結(jié)構(gòu)，碳納米蔥為利用不同退火條件制得含金剛石晶體核心的碳納米蔥、含金剛石結(jié)構(gòu)核心的碳納米蔥、完整結(jié)構(gòu)碳納米蔥中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料，其特征在于：

含金剛石晶體核心的碳納米蔥制得立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的維氏硬度在31～102GPa；

含金剛石結(jié)構(gòu)核心的碳納米蔥制得立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的維氏硬度在56～118GPa；

完整結(jié)構(gòu)碳納米蔥制得立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的維氏硬度在45～168GPa。

6.一種立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、真空退火處理制備碳納米蔥；

采用的原料為爆轟法制備的納米金剛石，其平均晶粒尺寸約為5nm，對(duì)納米金剛石進(jìn)行真空退火處理，退火溫度900～1900℃，真空度為1Pa，保溫0～2h，制得平均晶粒尺寸約為5nm的碳納米蔥；

S2、將立方氮化硼以總量的15～50wt.％與步驟S1制得的碳納米蔥進(jìn)行混合制得混合料；

將混合料裝進(jìn)行預(yù)壓成型，壓力為400～600MPa，保壓時(shí)間為30～60s，得到預(yù)后的樣品；

然后，把預(yù)壓后的樣品放入模具中進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，制得立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：

在所述步驟S2中，高溫高壓燒結(jié)模具組裝工藝為：

先將預(yù)壓后的樣品放BN坩堝中備用，把帶有凹槽的LaCrO₃空心隔熱柱放入帶有空腔的MgO八面體中，LaCrO₃空心隔熱柱與MgO八面體等高，然后將導(dǎo)電錸片卷成圓柱狀放入LaCrO₃保溫材料中，并使其與LaCrO₃柱內(nèi)壁和MgO八面體外邊緣緊密接觸，隨后在導(dǎo)電錸片卷成的空腔內(nèi)放入Al₂O₃柱，再放入裝有樣品的BN坩堝，添加Al₂O₃堵頭，并在堵頭上放串入電極的Al₂O₃四孔柱，最后利用Al₂O₃膠進(jìn)行密封完成組裝，組織后的燒結(jié)模具使用前需先置于恒溫干燥箱中干燥12h，且恒溫干燥箱內(nèi)的溫度為110℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：

在所述步驟S2中，高溫高壓燒結(jié)工藝為：

首先，在10-26h內(nèi)對(duì)樣品施加壓力8～25GPa；然后升溫至1600～2200℃，保溫5～60min，冷卻，緩慢卸壓，制得毛坯，將制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立方氮化硼-納米聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：

在所述步驟S1中對(duì)納米金剛石進(jìn)行真空退火處理，退火溫度為900～1000℃制備的是含金剛石晶體核心的碳納米蔥；退火溫度為1050～1350℃制得的是含金剛石結(jié)構(gòu)核心的碳納米蔥；退火溫度為1400～1900℃，制得的是完整結(jié)構(gòu)碳納米蔥。