專利名稱：一種立方氮化硼聚晶復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種立方氮化硼聚晶復合材料，屬于制造金屬加工刀具材料技術領域。
背景技術：
立方氮化硼具有僅次于金剛石的硬度和導熱率，而且具有比金剛石高的耐熱性和與黑色金屬的化學惰性，采用立方氮化硼聚晶制造的刀具在加工難加工材料時具有獨特優(yōu)勢，可滿足高硬度、高耐磨、高耐崩損性、耐高溫的要求。中國專利CN101767477A公開了一種納米無鈷硬質合金-立方氮化硼聚晶復合片及其制造方法，其中復合片中涉及一種立方氮化硼層，采用立方氮化硼和結合劑混合燒結而成，而且還可以在立方氮化硼層中加入粘結合金、稀土金屬或碳化硅晶須，立方氮化硼材料的硬度、耐磨性、燒結致密性、斷裂韌性等。但是隨著現代科技的發(fā)展，越來越多的難加工材料被應用如灰鑄鐵、冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕變鑄鐵、淬火鋼、軸承鋼、模具鋼、各類硬質合金、高溫耐熱合金、鈦合金等，這些難加工材料硬度高、強度大、被加工時會產生大量熱量，采用目前的立方氮化硼材料制造的刀具，其硬度、耐磨性能、耐崩損性能已無法滿足要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬加工用立方氮化硼聚晶復合材料，在保持立方氮化硼聚晶復合材料的硬度的前提下進一步提高其耐磨和耐崩損性。為了實現以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是一種立方氮化硼聚晶復合材料，是由以下重量百分比的組分制成立方氮化硼M 95%，結合劑5 42%，增韌劑0 15% ；所述立方氮化硼的粒度為1納米 40微米，是由至少兩種任意重量比的不同粒度范圍的立方氮化硼微粉組成，不同粒度范圍的立方氮化硼微粉按照其平均粒度遞增設置，平均粒度的遞增倍率為1. 4-15. 8倍。所述結合劑為耐磨結合劑、促燒結結合劑和增強結合劑，在立方氮化硼聚晶復合材料的用量上限分別為35<%、5%、2% ；其中耐磨結合劑和促燒結結合劑為單獨使用或共同使用，增強結合劑與耐磨結合劑和/或促燒結結合劑共同使用；所述耐磨結合劑選自碳化鈦、碳氮化鈦、氮化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、(TiW) C、Tiff, TiTa中的一種或其任意比組合；所述促燒結結合劑選自鋁、鎳、銻、錫、鎂、銅中的一種或其任意比組合；所述增強結合劑選自氧化鋁、氮化鋁、硼化鋁、氧化釔、氮化釔、氧化鏑、氮化鏑、鈰、釹、釓、镥中的一種或其任意比組合。所述耐磨結合劑的粒度為1納米 30微米，所述促燒結結合劑的粒度為1納米 30微米，所述增強結合劑的粒度為5納米 50微米。所述4增韌劑選自SiC晶須、納米金剛石、氧化鋯粉中的一種或其任意比組合。所述不同粒度范圍的立方氮化硼微粉為三種，這三種立方氮化硼微粉按照平均粒度由低到高排列的重量比為1 1.5 4 2 5。
所述不同粒度范圍的立方氮化硼微粉為兩種，這兩種立方氮化硼微粉平均粒度由低到高的重量比為1 1.5 4。所述增韌劑的粒度為5納米 2微米。本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料采用如下制備方法將各原料按照配方比例混合，在5. 9 7. 5Gpa的壓力下，于1250 1450°C溫度下，壓制10 20分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。本發(fā)明采用不同粒度范圍的立方氮化硼微粉混合，作為立方氮化硼聚晶復合材料的主要成分，采用結合劑、增韌劑作為輔料制成立方氮化硼聚晶復合材料，提高了立方氮化硼聚晶復合材料耐磨和耐崩損性，磨損的磨耗比為11200 11900(JB/T3235-1999，人造金剛石燒結體磨耗比測定方法)，抗彎強度為800 1150MPa(GB/T74741-19993，三點負荷法測陶瓷材料室溫抗彎強度)，同時立方氮化硼聚晶復合材料的knoop硬度依然保持在30-38GPa的硬度水平(JISZ2251-20094，努普硬度試驗方法)，氣孔率為2 5 % (GB/T25995-2010，精細陶瓷密度和顯氣孔率試驗方法)。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用3種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉Al :1-2納米，立方氮化硼微粉Bl :3-5納米，立方氮化硼微粉Cl :8_10納米。Al、Bi、Cl的平均粒度遞增倍率分別為3倍和2倍，Al、Bi、Cl的重量比為2 2 6，這3種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的90% ；選用3-5納米的(TiW)C作為結合劑，占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的10%。將上述選用的原料經球磨混合成型后，在5. 9Gpa的壓力下，于1300°C溫度下，在混制成型料機壓制10分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率3%，其knoop硬度30Gpa，磨耗比11500，抗彎強度800Mpa。實施例2本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用3種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A2 8-12納米，立方氮化硼微粉B2 10-20納米，立方氮化硼微粉C2 :20-30納米。A2、B2、C2的平均粒度遞增倍率分別為1.5倍和1.67倍，A2、B2、C2的重量比為2 3 5，這3種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的92% ；選用10-12納米的氮化硅和氧化鋁作為結合劑，二者的重量比為3 7，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的8% ；將上述選用的原料經球磨混合成型后，在6Gpa的壓力下，于1300°C溫度下，壓制10分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率3 %，其knoop硬度35Gpa，磨耗比11400，抗彎強度830Mpa。實施例3本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用3種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼
4微粉A3 :90-100納米，立方氮化硼微粉B3 1_2微米，立方氮化硼微粉C3 :4_6微米。A3、B3、C3的平均粒度遞增倍率分別為15. 8倍和3. 33倍，A3、B3、C3的重量比為2 3 5，這3種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的95% ；選用1微米的錫(Sn)和銅(Cu)作為結合劑，二者的重量比為2 8，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5% ；將上述選用的原料經球磨混合成型后，在6Gpa的壓力下，于1350°C溫度下，壓制15分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率4%，其knoop硬度37Gpa，磨耗比11200，抗彎強度900Mpa。實施例4本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用3種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A4 :8-12微米，立方氮化硼微粉B4 :10-20微米，立方氮化硼微粉C4 :20-25微米。A4、B4、C4的平均粒度遞增倍率分別為1.5倍和1.5倍，A4、B4、C4的重量比為2 3 5，這3種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的90% ；選用10微米的氮化鈦作為結合劑(耐磨結合劑)，占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5% ；選用10微米的鎳(Ni)、銻(Sb)、錫(Sn)作為結合劑(促燒結結合劑)，三者的重量比為3 3 4，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5%。將上述選用的原料經球磨混合成型后，在6. IGpa的壓力下，于1350°C溫度下，壓制15分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率5%，其knoop硬度37Gpa，磨耗比11600，抗彎強度lOOOMpa。實施例5本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用3種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A5 10-20微米，立方氮化硼微粉B5 20-25微米，立方氮化硼微粉C5 :30-35微米。A5、B5、C5的平均粒度遞增倍率分別為1.5倍和1.44倍，A5、B5、C5的重量比為2 3 5，這3種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的；選用10微米的氮化鈦和碳化鈦作為結合劑(耐磨結合劑)，二者的重量比為1 3，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的35% ；
選用10微米的鎳(Ni)、銻(Sb)、錫(Sn)作為結合劑(促燒結結合劑)，三者的重量比為3 3 4，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5% ；選用5納米的釓(Gd)作為結合劑(增強結合劑)，占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的；選用納米金剛石(5納米)作為增韌劑，占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5%。將上述選用的原料經球磨混合成型后，在7Gpa的壓力下，于1250°C溫度下，壓制19分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率2%，其knoop硬度38Gpa，磨耗比11900，抗彎強度llOOMpa。實施例6本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下
原料選用2種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A6 :20-25微米，立方氮化硼微粉B6 :35-40微米。A6、B6的平均粒度遞增倍率為1.67倍，A6、B6的重量比為4 6，這2種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的 70% ；選用10微米的氮化鋁和碳化硅作為結合劑(耐磨結合劑)，二者的重量比為1 5，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的15% ；選用10微米的鋁(Al)和銅(Cu)作為結合劑(促燒結結合劑)，二者的重量比為1 9，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5% ；選用100納米的氧化鏑作為結合劑(增強結合劑)，占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的2% ；選用SiC晶須(1微米)和氧化鋯微粉O微米)作為增韌劑，二者的重量比為
1 1，占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的15% ；將上述選用的原料經球磨混合成型后，在7. 5Gpa的壓力下，于1450°C溫度下，壓制17分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率2%，其knoop硬度37. 5Gpa，磨耗比11800，抗彎強度1150Mpa。實施例7本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用4種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A7 0. 5-1微米，立方氮化硼微粉B7 1-3微米，立方氮化硼微粉C7 :3_5微米，立方氮化硼微粉D7 :8-15微米。A7、B7、C7、D7的重量比為1 :3:4: 7，這4種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的75% ；選用10微米的氮化鈦和碳化硅作為結合劑(耐磨結合劑)，二者的重量比為
2 3，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的20% ；選用1微米的鋁(Al)和硅(Si)作為結合劑(促燒結結合劑)，二者的重量比為2 5，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的5% ；將上述選用的原料經球磨混合成型后，在7. 5Gpa的壓力下，于1350°C溫度下，壓制17分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率2%，其knoop硬度35. 5Gpa，磨耗比11000，抗彎強度1145Mpa。實施例8本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用3種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A8 :2-5微米，立方氮化硼微粉B8 :4-6微米，立方氮化硼微粉C8 :8_10微米。A8、B8、C8的重量比為1 3 7，這3種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的85% ；選用5微米的碳氮化鈦作為結合劑(耐磨結合劑)，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的9% ；選用1微米的鋁(Al)和鈷(Co)作為結合劑(促燒結結合劑)，二者的重量比為8 9，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的6% ；將上述選用的原料經球磨混合成型后，在7. 5Gpa的壓力下，于1480°C溫度下，壓制20分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率2%，其knoop硬度38. 5Gpa，磨耗比11800，抗彎強度1150Mpa。實施例9本發(fā)明的立方氮化硼聚晶復合材料的一種具體實施例如下原料選用4種不同粒度范圍的立方氮化硼微粉，其粒度范圍分別是立方氮化硼微粉A9 4-5微米，立方氮化硼微粉B9 8-10微米，立方氮化硼微粉C9 :20-25微米，立方氮化硼微粉D9 :30-；35微米。A9、B9、C9、D9的重量比為2 :3:5: 9，這4種立方氮化硼微粉共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的78% ；選用30微米的氮化鈦和碳化硅作為結合劑(耐磨結合劑)，二者的重量比為3 5，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的18% ；選用30微米的鋁(Al)和硅(si)作為結合劑(促燒結結合劑)，二者的重量比為2 5，共占立方氮化硼聚晶復合材料總質量的4% ；將上述選用的原料經球磨混合成型后，在7. 5Gpa的壓力下，于1350°C溫度下，壓制17分鐘，即得立方氮化硼聚晶復合材料。得到的立方氮化硼聚晶復合材料的性能參數如下氣孔率2%，其knoop硬度33. 5Gpa，磨耗比10900，抗彎強度1170Mpa。
權利要求
1.一種立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于是由以下重量百分比的組分制成立方氮化硼M 95%，結合劑5 42%，增韌劑0 15% ；所述立方氮化硼的粒度為1納米 40微米，是由至少兩種任意重量比的不同粒度范圍的立方氮化硼微粉組成，不同粒度范圍的立方氮化硼微粉按照其平均粒度遞增設置，平均粒度的遞增倍率為1. 4-15. 8倍。
2.根據權利要求1所述的立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于所述結合劑為耐磨結合劑、促燒結結合劑和增強結合劑，在立方氮化硼聚晶復合材料的用量上限分別為35%、5%,2% ；其中耐磨結合劑和促燒結結合劑為單獨使用或共同使用，增強結合劑與耐磨結合劑和/或促燒結結合劑共同使用；所述耐磨結合劑選自碳化鈦、碳氮化鈦、氮化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、(TiW)C、Tiff, TiTa中的一種或其任意比組合；所述促燒結結合劑選自鋁、鎳、銻、錫、鎂、銅中的一種或其任意比組合；所述增強結合劑選自硼化鋁、氧化釔、氮化釔、氧化鏑、氮化鏑、鈰、釹、釓、镥中的一種或其任意比組合。
3.根據權利要求2所述的立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于所述耐磨結合劑的粒度為1納米 30微米，所述促燒結結合劑的粒度為1納米 30微米，所述增強結合劑的粒度為5納米 100納米。
4.根據權利要求1所述的立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于所述增韌劑選自SiC晶須、納米金剛石、氧化鋯粉中的一種或其任意比組合。
5.根據權利要求1所述的立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于所述不同粒度范圍的立方氮化硼微粉為三種，這三種立方氮化硼微粉按照平均粒度由低到高排列的重量比為1 1. 5 4 2 5。
6.根據權利要求1所述的立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于所述不同粒度范圍的立方氮化硼微粉為兩種，這兩種立方氮化硼微粉平均粒度由低到高的重量比為1 1. 5 4。
7.根據權利要求1或4所述的立方氮化硼聚晶復合材料，其特征在于所述增韌劑的粒度為5納米 2微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立方氮化硼聚晶復合材料，是由以下重量百分比的組分制成立方氮化硼54～95％，結合劑5～42％，增韌劑0～15％；所述立方氮化硼的粒度為1納米～40微米，是由至少兩種任意重量比的不同粒度范圍的立方氮化硼微粉組成，不同粒度范圍的立方氮化硼微粉按照其平均粒度遞增設置，平均粒度的遞增倍率為1.4-3.4倍。本發(fā)明采用不同粒度范圍的立方氮化硼微粉混合，作為立方氮化硼聚晶復合材料的主要成分，采用結合劑、增韌劑作為輔料制成立方氮化硼聚晶復合材料，提高了立方氮化硼聚晶復合材料耐磨和耐崩損性，磨損的磨耗比為11200～11900，抗彎強度為800～1150MPa，同時立方氮化硼聚晶復合材料的knoop硬度依然保持在30-38GPa的硬度水平，氣孔率為2～5％。
文檔編號C04B35/5831GK102557647SQ20111041531
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2011年12月13日
發(fā)明者李和鑫 申請人:河南富耐克超硬材料股份有限公司