CN102924087A - 一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法，其特征是按重量百分比将60~80%的立方氮化硼颗粒、10~15%的粘结剂，10~15%的碳粉，0~10%的硅粉湿混12~24h，得到混合粉体；混合粉体在300℃和20~45MPa压力下成形得到生坯；生坯经热处理后，得到立方氮化硼复相陶瓷毛坯；将毛坯放置于石墨坩埚中，在毛坯上放置适当数量的粉体或块体的硅，在优于10-2Pa的真空环境下，在1480~1550℃下保温1h，得到烧结坯；烧结坯随炉冷却后得到致密的立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料。该工艺是一种获得高致密度、高含量立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷的低成本高效率制备方法，制备的复相陶瓷可以但不限于作为超硬材料应用于多种耐磨工程领域。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，涉及超硬材料的制备工艺，尤其是一种高含量的立方氮化硼-碳化硅陶瓷复相陶瓷材料的制备方法。
背景技术
立方氮化硼的结合剂可以选用树脂、金属或陶瓷。采用陶瓷结合剂的立方氮化硼超硬材料具有陶瓷结合剂和立方氮化硼的共同特点，与树脂或金属结合立方氮化硼磨具材料相比，陶瓷结合剂立方氮化硼超硬材料作为磨具材料，它的磨削能力强，磨削温度低，磨具耐用度高，磨削时磨具的形状保持性好，加工出来的零件尺寸精度高，磨具整体自锐性好，修整间隔的时间长，修整时也比较容易，磨削时不易堵塞、不易烧伤工件，并且可以用各种冷却液冷却。
为了降低立方氮化硼-陶瓷超硬材料的烧结温度，通常在陶瓷结合剂中加入各种碱性氧化物（如Na2O，K2O，Li2O等）作为助熔剂，这些助熔剂在高温下会与立方氮化硼发生反应，对立方氮化硼造成一定的侵蚀，从而导致结晶完好棱角分明的立方氮化硼单晶侵蚀变细，失去有效的切削能力，而且分解产生的气体在立方氮化硼与陶瓷结合剂界面处富集，生成气泡，从而使两者界面间的结合强度大大降低， 减少了结合剂对立方氮化硼的把持力。与其他结合剂相比，陶瓷结合剂对所选用的立方氮化硼单晶要求更高，所选用的立方氮化硼必须具有晶形完整、无缺陷、耐热性好、强度高的特点。这种技术方法提高了立方氮化硼-陶瓷超硬材料的制备成本，限制了其使范围。
本发明克服了上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种包含高浓度立方氮化硼、致密度可控、结合良好的立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备工艺。
本发明的技术方案是通过下述工艺步骤而得以实现的：
（1）将质量百分比为60~80%的立方氮化硼颗粒、10~15%的酚醛树脂、10~15%的碳粉、0~10%的硅粉组成的混合粉体100份，与工业酒精100份，在高能球磨机上湿混球磨12~24 小时，球磨后的粉末经80℃烘干后，过200目筛，取筛下物作为混合粉料，将该混合粉料在300℃和20~45MPa压力下成形得到生坯；
（2）将生坯在800~900℃下保温处理1 h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
（3）将立方氮化硼陶瓷毛坯放置于石墨坩埚中，在毛坯上放置毛坯重量的0.1~0.3倍的粉体或块体的硅，在1×10-2~1×10-3Pa的真空环境下，在1480~1550℃下保温1~2小时，得到烧结坯；
（4）将步骤三所得到的烧结坯随炉冷却后即制成立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1. 本发明所提出的制备立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的工艺方法，避免了常规工艺所必须的在高温高压条件下进行烧结的问题，大大降低了制备的难度和工艺成本，并能制备形状复杂且体积较大的制品；
2. 本发明提出的制备工艺所得的立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料具有高致密度，从而提高了材料的使用寿命；
3. 本发明制备的立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料允许的成分变化范围大，从而能方便地调节所得复合材料的力学性能，以满足不同应用领域的要求。
具体实施方式
以下结合两个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明。但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下的全部技术方案，因此不应理解为对本发明的技术方案的限定。一些不偏离本发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明权利保护范围。
实施例1
一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将成分配比为80g的立方氮化硼颗粒、10g的酚醛树脂粉末、10g的碳粉组成的混合粉体，与酒精100g，在高能球磨机上湿混球磨12 h，球磨后的粉末经80℃烘干后，过200目筛，取筛下物作为混合粉料，取混合粉料50g放入模具中，在300℃和35MPa压力下成形得到生坯；
步骤二，生坯在900℃下保温热处理1 h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
步骤三，将毛坯放置于石墨坩埚中，在毛坯上放置20~21 g的块状金属硅，在6.8×10-3Pa的真空环境下，在1500℃下保温2 h，得到烧结坯；
步骤四，烧结坯随炉冷却后，去除烧结坯表面的多余的硅，得到致密的立方氮化硼-碳化硅复合材料。
实施例2
一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料，制备工艺包括以下步骤：
步骤一，将成分配比为120g的立方氮化硼颗粒、25g的酚醛树脂粉末、30g的碳粉、5g的硅粉组成的混合粉体，与酒精200g，在高能球磨机上湿混球磨24 h，球磨后的粉末经80℃烘干后，过200目筛，取筛下物作为混合粉料，取混合粉料50g放入模具中，在300℃和25Mpa压力下成形得到生坯；
步骤二，生坯在850℃下保温热处理1 h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
步骤三，将毛坯放置于石墨坩埚中，在毛坯上放置18~19g的颗粒状金属硅，在1×10-3Pa的真空环境下，在1480℃下保温2 h，得到烧结坯；
步骤四，烧结坯随炉冷却后，去除烧结坯表面的多余的硅，得到致密的立方氮化硼-碳化硅复合材料。
Claims (3)
1.一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法，其特征是制备方法包括如下步骤：
步骤一，将质量百分比为60~80%的立方氮化硼颗粒、10~15%的酚醛树脂、10~15%的碳粉、0~10%的硅粉组成的混合粉体100份，与工业酒精100份，在高能球磨机上湿混球磨12~24 小时，球磨后的粉末经80℃烘干后，过200目筛，取筛下物作为混合粉料，将该混合粉料在300℃和20~45MPa压力下成形得到生坯；
步骤二，将生坯在800~900℃下保温处理1 h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
步骤三，将立方氮化硼陶瓷毛坯放置于石墨坩埚中，在毛坯上放置毛坯重量的0.1~0.3倍的粉体或块体的硅，在1×10-2~1×10-3Pa的真空环境下，在1480~1550℃下保温1~2小时，得到烧结坯；
步骤四，将步骤三所得到的烧结坯随炉冷却后即制成立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法，其特征在于：复相陶瓷材料的烧结致密可通过熔融硅的熔渗并形成包裹立方氮化硼的碳化硅而实现。
3.按照权利要求1所述方法所制备得到的立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料。
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