[發明專利]一種單相立方氮化硼聚晶燒結體的制備方法

在審

• 申請號: 202011127195.8
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112239362A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 賈洪聲;鄂元龍;李海波;李東飛;張勇;呂俊呈;張浦樺
• 申請（專利權）人: 吉林師范大學
• 主分類號: C04B35/5831
• 分類號: C04B35/5831;C04B35/622
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司 22204
• 代理人: 曲德鳳

本發明屬于一種耐熱性好、硬度高的用立方氮化硼微粉作為初始原料制備單相純立方氮化硼聚晶燒結體的方法。該方法的步驟1.優選立方氮化硼粉末，2.預壓成型，3.真空熱處理，4.葉臘石合成塊配件組裝，5.高溫高壓燒結等程序，完成單相純立方氮化硼聚晶的制備。本發明的方法操作性強，在現有六面頂壓機上一次燒結完成，單相立方氮化硼聚晶燒結體的耐磨、耐熱、硬度等性能大幅度提升。本發明的方法將為超硬刀具材料的制備提供一種有效的途徑。

技術領域

本發明屬于切削刀具材料制造領域，具體的說是一種無需粘結劑、耐熱性好、硬度高的單相立方氮化硼聚晶燒結體的制備方法。

背景技術

超硬材料，在國民經濟建設和國防工業中具有不可替代的作用，被稱為國家戰略物資，超硬材料及其制品已被列入為國家戰略性新興產業之一。其中，超硬材料燒結體已在工業應用中占據了絕對的比重。如何制備高性能超硬材料燒結體，獲取高致密性、熱穩定性和硬度等綜合性能優異的超硬材料燒結體，一直是困擾該領域的難題和亟待解決的關鍵問題。

作為一種綠色環保型高性能結構材料，立方氮化硼聚晶以其超耐磨、耐腐蝕、耐高溫等優異性能充分體現了現代制造業對材料的要求。立方氮化硼聚晶刀具特別適合各種黑色金屬的硬態切削，粗精加工，甚至實現以車代磨。不僅提高拉加工效率，而且大幅度降低了加工成本，主要切削各種淬硬鋼、工具鋼、模具鋼、軸承鋼(HRC45-70)、冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵、鎳基及鈷基高溫合金、各種難加工灰口鑄鐵、其它難加工黑色材料等。由于立方氮化硼硬度遠高于陶瓷和硬質合金，制備的刀具壽命為陶瓷刀具和硬質合金刀具的數倍。在高效加工的大背景下，立方氮化硼聚晶等高效刀具正廣泛的被市場所接受并逐漸的替代傳統刀具，因此，國內必將存在對金屬切削用立方氮化硼聚晶的巨大需求。

目前現有的立方氮化硼聚晶燒結體，是在高溫高壓條件下將獨立的立方氮化硼顆粒依靠粘結劑(燒結助劑)粘結，使整個立方氮化硼層燒結成為高強度立方氮化硼聚晶，是一種高性能的結構材料。立方氮化硼聚晶材料因制造方法及燒結機理不同，其合成條件及產品性能具有明顯的差異，這里要著重說明的是：由于燒結體系中粘結劑的加入，硬度等一些力學性能將大幅度降低，耐熱性也將受到較大影響，由于摻雜不同成分的粘結劑，導致熱膨脹系數不同而形成的較大殘余熱應力會造成制品使用壽命降低，因此，不使用粘結劑，開發單相的立方氮化硼聚晶在其使用性能上極具有優勢，將大幅度提高立方氮化硼聚晶的切削性能和使用壽命。基于此，急需一種制備高耐磨性、硬度及高溫耐受性等方面具有優勢的氮化硼聚晶燒結體的方法。

發明內容

本發明的目的是要提供一種單相立方氮化硼聚晶燒結體的制備方法，該制備方法不采用粘結劑，不需要各種氮的混合物添加，而且工藝簡單，可操作性強。

本發明的技術方案：

一種單相立方氮化硼聚晶燒結體的制備方法，該方法包括以下步驟：

①、采用亞微、納米立方氮化硼微粉為初始原料，其后進行分選、凈化處理，立方氮化硼純凈度達到99.9wt％，晶形完整、邊角未損傷、未鈍化，顆粒均一性好，所選的亞微、納米級立方氮化硼微粉平均粒徑為50nm-10μm；

②、將上述①中選取的不添加粘結劑的純立方氮化硼粉末放入鉬杯中進行組裝，鉬杯作為防污染封裝裝置，壁厚為0.08—0.2mm，能夠將原始微粉材料密閉封裝；

③、將②組裝的鉬杯經過預壓成型、真空凈化處理、葉臘石合成塊配件組裝、高溫高壓燒結完成單相立方氮化硼聚晶的制備。

所述的步驟①中立方氮化硼微粉為高純立方相。

所述的預壓成型、真空熱處理、葉臘石合成塊配件組裝、高溫高壓燒結過程是將第②步驟組裝的鉬杯經過30MPa以上預壓成型，真空700℃熱處理1-2h后放入石墨管套件，最后將所有部件一并放入葉臘石合成塊中，在六面頂壓機上進行高溫高壓燒結，燒結條件為7-8GPa，1800-1900℃，燒結保溫時間為5-10min，最后獲得性能優異的亞微、納米純立方氮化硼聚晶燒結體。