一种添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法
【专利摘要】本发明为一种添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法，以表面镀钛CBN为主要原料，在结合剂中加入一定量的纳米金刚石，混合均匀后压制成坯体，坯体在六面顶压机中合成为聚晶立方氮化硼。此方法制备的聚晶立方氮化硼除了具有较高的硬度和致密度，还可以消除或减少通常合成聚晶立方氮化硼的“架桥”现象。
【专利说明】
一种添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于超硬材料领域，特别涉及一种添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN颗粒在结合剂存在下，经高温高压烧结而成的立方氮化硼多晶体。各微小晶粒呈无序排序，硬度均匀、没有方向性，具有均匀的耐磨性和抗冲击性，因此在切削行业中PCBN越来越受到关注，其发展速度也越来越快。目前，金属陶瓷结合剂PCBN的应用最为广泛，它结合了金属结合剂和陶瓷结合剂的优点，既有较高的硬度、热稳定性又有较好的韧性。结合剂主要由Al和Si以及一些稀土金属化合物等组成。
[0003]PCBN的性能取决于它的组成和结构。在高温高压合成过程中，超高压迫使CBN颗粒紧密接触，但由于CBN颗粒的高强度，难以产生塑性变形，在其相互接触后产生“架桥”效应，形成微小的空隙，在PCBN刀具使用中易造成软点，由于应力集中而产生微裂纹等缺陷，如何减少“架桥”而引起的空隙是提高PCBN性能的重要课题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种新的添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法。
[0005]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法，包含以下步骤:
[0006]I)镀钛:将CBN微粉在超硬材料镀膜机上进行真空微蒸发镀钛处理，镀层厚度为
0.5微米；
[0007]2)混合:将上述镀钛后的CBN微粉与纳米金刚石粉及结合剂在球磨机上进行混合球磨；
[0008]3)真空热处理:将上述球磨后的混合粉末装入石墨罐内，在真空碳管炉中进行热处理；
[0009]4)组装:热处理后的粉末按照压机所需的组装方式进行组装；
[0010]5)合成:组装好的混合粉末在六面顶压机中经高温高压合成聚晶立方氮化硼。
[0011]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0012]前述的聚晶立方氮化硼的制备方法，所述的CBN微粉，占粉末总重的70%，粒度为10-20微米。
[0013]前述的聚晶立方氮化硼的制备方法，所述纳米金刚石粉，粒度2-12纳米，占粉末总重的10%o
[0014]前述的聚晶立方氮化硼的制备方法，所述粘结剂为铝粉、硅粉、钛粉中的一种或几种的混合，粒度30微米以内，占粉末总重的20%。
[0015]本发明在结合剂中添加了一定量的纳米金刚石，一方面，纳米金刚石的粒度很细，方位自调节性好，可以填充CBN微粉及结合剂微粉之间的空隙，提高PCBN的致密程度，填充作用还可以减少或消除“架桥”效应，使合成时的压力分布均匀；另一方面，纳米金刚石的活性较高，容易与结合剂中的金属或非金属反应形成合金相，如各类碳化物等，强化结合剂，从而增加PCBN的强度和硬度。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本发明做详细的说明。
[0017]实施例1
[0018]本发明聚晶立方氮化硼的制备方法包含以下步骤:
[0019]I)镀钛:将粒径10微米的CBN微粉在超硬材料镀膜机上进行真空微蒸发镀钛处理，镀层厚度约为0.5微米。经X射线衍射分析，镀钛后CBN由内向外依次为CBN，TiB,TiN,Ti2N、Ti，且过渡层结合牢固。
[0020]其中所述的CBN微粉，占粉末总重的70%。
[0021]2)混合:将上述镀钛后的CBN微粉与纳米金刚石粉及结合剂按比例在行星式球磨机上进行混合，转速200rpm，球磨I小时，聚氨酯球磨罐，玛瑙磨球。
[0022]其中所述的纳米金刚石粉，粒度2纳米，占粉末总重的10%。所述的粘结剂为铝粉、硅粉、钛粉中的一种或几种的混合，粒度30微米以内，占粉末总重的20%。
[0023]3)真空热处理:混合粉末装入石墨罐内，在真空碳管炉中进行热处理，真空度为1Pa,温度400°C，时间2小时。
[0024]4.组装:热处理后的粉末按照压机所需的组装方式进行组装。
[0025]5.合成:组装好的混合粉末在六面顶压机中经高温高压合成聚晶立方氮化硼，压力5.5GPa，温度1400°C，保温保压500s。
[0026]实施例2
[0027]本发明聚晶立方氮化硼的制备方法包含以下步骤:
[0028]I)镀钛:将粒径15微米的CBN微粉在超硬材料镀膜机上进行真空微蒸发镀钛处理，镀层厚度约为0.5微米。经X射线衍射分析，镀钛后CBN由内向外依次为CBN，TiB,TiN,Ti2N、Ti，且过渡层结合牢固。
[0029]其中所述的CBN微粉，占粉末总重的70%。
[0030]2)混合:将上述镀钛后的CBN微粉与纳米金刚石粉及结合剂按比例在行星式球磨机上进行混合，转速230rpm，球磨2小时，聚氨酯球磨罐，玛瑙磨球。
[0031]其中所述的纳米金刚石粉，粒度7纳米，占粉末总重的10%。所述的粘结剂为铝粉、硅粉、钛粉中的一种或几种的混合，粒度30微米以内，占粉末总重的20%。
[0032]3)真空热处理:混合粉末装入石墨罐内，在真空碳管炉中进行热处理，真空度为15Pa，温度4000C，时间3小时。
[0033]4)组装:热处理后的粉末按照压机所需的组装方式进行组装。
[0034]5)合成:组装好的混合粉末在六面顶压机中经高温高压合成聚晶立方氮化硼，压力5.5GPa，温度1400°C，保温保压500s。
[0035]实施例3
[0036]本发明聚晶立方氮化硼的制备方法包含以下步骤:
[0037]I)镀钛:将粒径20微米的CBN微粉在超硬材料镀膜机上进行真空微蒸发镀钛处理，镀层厚度约为0.5微米。经X射线衍射分析，镀钛后CBN由内向外依次为CBN，TiB,TiN,Ti2N、Ti，且过渡层结合牢固。
[0038]其中所述的CBN微粉，占粉末总重的70%。
[0039]2)混合:将上述镀钛后的CBN微粉与纳米金刚石粉及结合剂按比例在行星式球磨机上进行混合，转速250rpm，球磨3小时，聚氨酯球磨罐，玛瑙磨球。
[0040]其中所述的纳米金刚石粉，粒度12纳米，占粉末总重的10%。所述的粘结剂为铝粉、硅粉、钛粉中的一种或几种的混合，粒度30微米以内，占粉末总重的20%。
[0041]3)真空热处理:混合粉末装入石墨罐内，在真空碳管炉中进行热处理，真空度为20Pa，温度400°C，时间4小时。
[0042]4)组装:热处理后的粉末按照压机所需的组装方式进行组装。
[0043]5)合成:组装好的混合粉末在六面顶压机中经高温高压合成聚晶立方氮化硼，压力5.5GPa，温度1400°C，保温保压500s。
[0044]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种添加纳米金刚石的聚晶立方氮化硼的制备方法，其特征在于，包含以下步骤: 1)镀钛:将CBN微粉在超硬材料镀膜机上进行真空微蒸发镀钛处理，镀层厚度为0.5微米；2)混合:将上述镀钛后的CBN微粉与纳米金刚石粉及结合剂在球磨机上进行混合球磨；3)真空热处理:将上述球磨后的混合粉末装入石墨罐内，在真空碳管炉中进行热处理； 4)组装:热处理后的粉末按照压机所需的组装方式进行组装； 5)合成:组装好的混合粉末在六面顶压机中经高温高压合成聚晶立方氮化硼。2.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述的CBN微粉，占粉末总重的70%，粒度为10-20微米。3.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述纳米金刚石粉，粒度2-12纳米，占粉末总重的10%。4.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为铝粉、硅粉、钛粉中的一种或几种的混合，粒度30微米以内，占粉末总重的20%。
【文档编号】C04B35/5831GK106007729SQ201510528676
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年8月25日
【发明人】丁超, 郭帅, 李波
【申请人】洛阳新巨能高热技术有限公司