[發明專利]一種高韌性導熱型聚晶立方氮化硼復合片及其制備方法

有效

• 申請號: 202010863464.0
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111961943B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 盧燦華;張濤;朱培;宋子衡;王衛康
• 申請（專利權）人: 中南鉆石有限公司
• 主分類號: C22C29/16
• 分類號: C22C29/16;C22C1/05;C22C1/10;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 楊海霞

本發明涉及高韌性導熱型聚晶立方氮化硼復合片，包括硬質合金基體以及依次設于硬質合金基體上的Si₃N₄涂層、粉末過渡層和聚晶立方氮化硼層，所述聚晶立方氮化硼層由下述重量百分含量的原料組成：立方氮化硼微粉90～95%、碳納米管0.2～0.3%、石墨烯0.2～0.5%、碳纖維0.1～0.2%和結合劑4.5～9.0%。本發明通過在配方內添加碳納米管、石墨烯和碳纖維材料，在硬質合金基體表面沉積Si₃N₄涂層以及設置粉末過渡層，在保證聚晶立方氮化硼層性能優異的同時，大大地增強了兩者之間的結合強度。所制備的聚晶立方氮化硼復合片具有優異的導熱性、抗沖擊韌性和耐磨性。

技術領域

本發明屬于超硬復合材料技術領域，具體涉及一種高韌性導熱型聚晶立方氮化硼復合片及其制備方法。

背景技術

聚晶立方氮化硼復合片是在高溫高壓條件下將獨立的立方氮化硼粉末顆粒依靠燒結相粘結，使整個立方氮化硼粉末層燒結成為高強度“混凝土”結構的燒結型立方氮化硼聚晶，并與硬質合金基體燒結復合，形成一體的復合材料。由于它具有立方氮化硼硬度高和耐磨性好的特點，同時又兼具有硬質合金抗沖擊性能強和可焊性好的特點，因而被廣泛應用于鑄鐵、淬火鋼、耐熱鋼等難加工材料的切削加工領域。

現有技術中，傳統聚晶立方氮化硼復合片仍然存在一些問題，一是由于導熱性較差，使切削加工中短時間內產生的熱量不能迅速散失，從而導致高溫下聚晶立方氮化硼復合片刀具的硬度、耐磨性等急劇下降而加速刀具磨損，二是由于聚晶立方氮化硼層與硬質合金基體的熱膨脹系數及彈性模量等物理性能參數相差較大，導致聚晶立方氮化硼層與硬質合金基體的附著力不強、抗沖擊性能差，工作時聚晶立方氮化硼層極易發生崩裂現象，造成刀具失效。

發明內容

為克服現有技術不足，本發明目的在于提供一種高韌性導熱型聚晶立方氮化硼復合片及其制備方法，以提高聚晶立方氮化硼復合片的抗沖擊韌性、導熱性和耐磨性，進而延長其使用壽命。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高韌性導熱型聚晶立方氮化硼復合片，其包括硬質合金基體以及依次設于硬質合金基體上的Si₃N₄涂層、粉末過渡層和聚晶立方氮化硼層；所述聚晶立方氮化硼層由下述重量百分含量的原料組成：立方氮化硼微粉90～95%、碳納米管0.2～0.3%、石墨烯0.2～0.5%、碳纖維0.1～0.2%和結合劑4.5～9.0%。

具體的，所述粉末過渡層由下述重量百分含量的原料組成：硬質合金粉30～40%、立方氮化硼微粉59.4～69%、碳納米管0.1～0.2%、石墨烯0.1～0.2%、碳纖維0.2～0.3%和結合劑0.2～0.3%。

具體的，所述Si₃N₄涂層的厚度為6～8μm；所述粉末過渡層和聚晶立方氮化硼層的質量比為0.2：1～1.5。

具體的，所述碳納米管為單壁碳納米管，碳納米管的外徑為3～5nm、長度為5～30μm；所述石墨烯為厚度6～8nm、寬5μm的石墨烯納米片；所述碳纖維的粒度為5nm～50μm。碳納米管、石墨烯、碳纖維均為可直接購買的普通市售產品，本發明購自北京德科島金科技有限公司。

進一步的，所述結合劑由下述重量百分含量的原料組成：鈷粉67～75%、鈦粉20～25%、鋁粉2～3%、鎳粉1.5～2%、鉻粉0.5～1%、鉬粉0.4～0.8%、鉭粉0.3～0.5%、錸粉0.2～0.4%和釔粉0.1～0.3%；所述鈷粉、鈦粉、鋁粉、鎳粉、鉻粉、鉬粉、鉭粉、錸粉和釔粉的粒徑為50～80nm。