立方氮化硼多晶体、切削工具、耐磨工具、研磨工具、和制造立方氮化硼多晶体的方法_3

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削工具的情况中的刃部)可由立方氮化硼多晶体构成。此外,可在各工具的 表面上形成覆膜。
[0076] 在本文中,切削工具的例子包括钻头、端铣刀、钻头用切削刃替换型切削刀片、端 铣刀用切削刃替换型切削刀片、铣削用切削刃替换型切削刀片、车削用切削刃替换型切削 刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀、螺丝攻、和切削刨刀(bite)等。
[0077] 此外,耐磨工具的例子包括模具、划线器(scriber)、划线轮、修整器(dresser) 等。
[0078] 此外,研磨工具的例子包括研磨石等。
[0079] 〈制造方法〉
[0080] 根据本实施方案的制造立方氮化硼多晶体的方法包括以下步骤:
[0081] 制备晶粒尺寸不大于0. 5 μ m的六方氮化硼粉末作为起始原料(以下也称作"制备 步骤");和
[0082] 将所述六方氮化硼粉末转化为立方氮化硼和纤锌矿型氮化硼,并在满足以下条件 的温度和压力下烧结所述立方氮化硼和所述纤锌矿型氮化硼(以下也称作"烧结步骤"):
[0083] P 彡 0· 0000122Τ2-0· 0531T+65. 846,
[0084] T 彡 2200,并且
[0085] P ^ 25,
[0086] 其中所述压力表示为P (GPa)且所述温度表示为T (°C )。
[0087] 通过所述制造方法,能够制造上述立方氮化硼多晶体。具体而言,通过这种制造方 法得到的立方氮化硼多晶体包含具有微细晶粒尺寸(即平均粒度不大于150nm)的立方氮 化硼,并且其为具有韧性的多晶体。
[0088] 在制备步骤中,作为起始原料的六方氮化硼粉末的晶粒尺寸可稍大于将要得到的 立方氮化硼多晶体的立方氮化硼的平均晶粒尺寸。这是因为在由六方氮化硼转化为立方氮 化硼的过程中,hBN中原子之间的结合被断开,并且原子重新排列并重新结合,结果,立方氮 化硼的晶粒尺寸小于原材料的晶粒尺寸。然而,当原材料的晶粒尺寸小时,则会产生在hBN 中的原子间不存在内在结合的大量晶界,结果,转化后的立方氮化硼的晶粒尺寸变小。反 之,当原材料的晶粒尺寸大时,则立方氮化硼的晶粒尺寸变大,导致比值b/a较大。因此, 将六方氮化硼粉末的晶粒尺寸设为不大于0.5 μπι,并且出于生产方面的原因,其下限值为 0. 05 μ m。更优选的晶粒尺寸为不小于0. 1 μ m且不大于0. 5 μ m。
[0089] 值得注意的是,六方氮化硼粉末的晶粒尺寸是指通过利用激光的激光衍射散射法 测量的平均晶粒尺寸。
[0090] 只要制备了以上所述的六方氮化硼粉末即可,对该制备步骤的方式并无限制,该 制备步骤的实施方式可为(例如)通过常规已知的合成方法制造六方氮化硼粉末,或者通 过获取市售的六方氮化硼粉末的方式。
[0091] 此外,由于一些问题(例如,当温度较高时会发生晶粒生长,并且当温度较低时会 残留有未转化的hBN)会导致比值b/a超过0. 085,因此上述烧结步骤中的压力P (GPa)和温 度T(°C)需要满足以下条件:
[0092] P 彡 0· 0000122Τ2-0· 0531T+65. 846,
[0093] T 彡 2200,并且
[0094] P ^ 25,
[0095] 这里,并不特别限制温度ITC ),只要在该温度下可获得立方氮化硼多晶体即可, 并且无需限定其下限值。更优选的是,温度ITC )为1300°C至2KKTC。
[0096] 同样,并不特别限制压力P(GPa),只要在该压力下能够获得立方氮化硼多晶体即 可,并且无需限定其下限值。更优选的是,压力P(GPa)为IOGPa至20GPa。
[0097] 当所进行的烧结步骤中的温度和压力分别在合适范围内且满足上述关系表达式 时,则所得到的立方氮化硼多晶体的努氏压痕的比值b/a不大于0. 085,优选为0. 072至 0. 084〇
[0098] 值得注意的是,上述烧结步骤中的温度和压力施用5至20分钟。如果短于5分钟, 则烧结不充分,而如果长于20分钟,则烧结状态不存在区别,从而在经济上是不利的。更优 选地,所述温度和压力施用10至20分钟。
[0099] 这种烧结步骤是将六方氮化硼粉末转化为立方氮化硼和纤锌矿型氮化硼、并烧结 立方氮化硼和纤锌矿型的步骤,但六方氮化硼粉末被单独地直接转化为立方氮化硼和纤锌 矿型氮化硼,而不需要使用烧结添加剂和催化剂,且这种转化通常与烧结同时进行。
[0100] 通过所述制造方法得到的立方氮化硼多晶体包含具有微细晶粒尺寸的立方氮化 硼,其表现出弹性行为,因此是耐崩裂性得以改善的、具有韧性的多晶体。即,所述立方氮化 硼多晶体适用于切削工具、耐磨工具、研磨工具等,这些工具可用于涉及大负荷的高速微加 工。
[0101] [实施例]
[0102] 将参照实施例更详细地描述本发明,但本发明并不限于此。
[0103] 〈实施例1至5>
[0104] 通过如下方法制造实施例1至5中的各立方氮化硼多晶体。首先,制备作为起始 原料的晶粒尺寸为0. 5 μm的六方氮化硼粉末(在下表1中"起始原料"一栏中表示为"微 细晶粒hBN粉末"(制备步骤)。
[0105] 然后,将如上制备的六方氮化硼粉末引入由高熔点金属制成的胶囊中,然后使用 超高压/高温发生装置在表1中所示的温度和压力("合成条件" 一栏)下保持20分钟, 从而将六方氮化硼粉末转化为立方氮化硼和纤锌矿型氮化硼并将其烧结(烧结步骤)。从 而得到立方氮化硼多晶体。
[0106] 值得注意的是,表1中的温度和压力满足以下条件:P彡0·0000122Τ2-0·053 1Τ+65. 846〇
[0107] 〈比较例1>
[0108] 通过如下方法制造比较例1的立方氮化硼多晶体。首先,制备作为起始原料的晶 粒尺寸为0. 5 μ m的六方氮化硼粉末(在下表1中"起始原料"一栏中表示为"微细晶粒hBN 粉末")(制备步骤)。
[0109] 然后,将如上制备的六方氮化硼粉末引入由高熔点金属制成的胶囊中,然后使用 超高压/高温发生装置在表1中所示的温度和压力("合成条件" 一栏)下保持20分钟, 从而将六方氮化硼粉末转化为立方氮化硼并将其烧结(烧结步骤)。从而得到立方氮化硼 多晶体。
[0110] 关于上述条件,温度为2400 °C,其不满足T < 2200的条件。
[0111] 〈比较例2>
[0112] 通过如下方法制造比较例2的立方氮化硼多晶体。首先,制备作为起始原料的晶 粒尺寸为0. 5 μ m的六方氮化硼粉末(在下表1中"起始原料"一栏中表示为"微细晶粒hBN 粉末")(制备步骤)。
[0113] 然后,将如上制备的六方氮化硼粉末引入由高熔点金属制成的胶囊中,并且使用 上 / 下施压带式(upward/downward pressure-application belt-type)高压 / 高温发生 装置在表1中所示的温度和压力("合成条件" 一栏)下保持20分钟,从而将六方氮化硼 粉末转化为纤锌矿型氮化硼并将其烧结(烧结步骤)。从而得到立方氮化硼多晶体。
[0114] 值得注意的是,上述条件并不满足以下关系式:
[0115] P 彡 0· 0000122Τ2-0· 0531T+65. 846。
[0116] 〈比较例3>
[0117] 通过如下方法制造比较例3的立方氮化硼多晶体。首先,制备作为起始原料的晶 粒尺寸不大于5 μπι的六方氮化硼粉末(在下表1中"起始原料"一栏中表示为"粗晶粒hBN 粉末")(制备步骤)。
[0118] 然后,将如上制备的六方氮化硼粉末引入由高熔点金属制成的胶囊中,然后使用 超高压/高温发生装置在表1中所示的温度和压力("合成条件" 一栏)下保持20分钟, 从而将六方氮化硼粉末转化为立方氮化硼和纤锌矿型氮化硼并将其烧结(烧结步骤)。从 而得到立方氮化硼多晶体。
[0119] 值得注意的是,上述条件不同于实施例中的条件,因为起始原料的晶粒尺寸为不 大于5 μ m,该晶粒尺寸大于各实施例中起始原料的晶粒尺寸。
[0120] 〈比较例4>
[0121] 通过如下方法制造比较例4的立方氮化硼多晶体。首先,制备作为起始原料的晶 粒尺寸不大于2 μπι的立方氮化硼粉末和钴系金属粘合剂粉末(在下表1中"起始原料"一 栏中表示为"cBN粉末/金属粘合剂粉末"制备步骤)。
[0122] 然后,将如上制备的立方氮化硼粉末和钴系金属粘合剂粉末引入由高熔点金属制 成的胶囊中,然后使用超高压/高温发生装置在表1中所示的温度和压力("合成条件"一 栏)下保持20分钟(烧结步骤)从而烧结。从而得到立方氮化硼烧结体。
[0123] 关于上述条件,其起始原料不同于各实施例中的起始原料。
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