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CN107815580A - 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，是由聚晶立方氮化硼、金刚石颗粒和结合剂8组成，本发明的复合材料，创新性地将聚晶立方氮化硼作为金刚石复合材料的胎体材料，复合材料胎体硬度和耐磨性得到了显著提高，应用于金刚石工具，可以提高坚硬材料加工效率以及坚硬岩层的钻进效率，立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和结合剂粉末采用高温高压烧结工艺制备而成，这种金刚石复合材料采用聚晶立方氮化硼作为胎体材料，金刚石包镶在其中，作为硬质点和耐磨相，这种复合材料结构致密，其胎体具有较高的硬度、耐磨性及综合性能，使用这种复合材料制成的金刚石工具可以提高坚硬材料的加工效率以及坚硬岩层的钻进效率。

Description

一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石复合材料领域，具体涉及一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料。
背景技术
金刚石复合材料是一种应用广泛的特殊材料，通常是向胎体材料中添加一定比例的金刚石颗粒，将金刚石颗粒镶嵌在胎体中，作为硬质点和耐磨相，其性能主要取决于金刚石本身的性能以及用来包镶金刚石颗粒的胎体材料的性能，胎体材料可以是金属、合金、树脂、陶瓷和橡胶等。在切削、研磨坚硬天然材料或人工建筑材料以及钻进坚硬岩层时常选择合金胎体/金刚石复合材料制成的工具，但此类天然材料或人工建筑材料和岩层岩石具有硬度大、强度高、强研磨性等特点，所以在使用过程中常出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效，使用效率较低，为提高坚硬材料加工效率以及提高坚硬岩层的钻进效率，选择一种高性能的金刚石工具胎体材料是一种重要途径。
聚晶立方氮化硼其具有优异的物理性能如硬度高、耐磨性好、热稳定性好等，同时具有极高的化学稳定性，因此广泛应用于材料加工领域。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中，切削、研磨坚硬天然材料或人工建筑材料以及钻进坚硬岩层时常选择合金胎体/金刚石复合材料制成的工具，但此类天然材料或人工建筑材料和岩层岩石具有硬度大、强度高、强研磨性大，在使用过程中常出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效，使用效率较低等问题，提供一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法。
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，其组成成分和体积百分比如下：
聚晶立方氮化硼63-87vol.％、金刚石颗粒5-29vol.％、结合剂8-12vol.％；
聚晶立方氮化硼(1)是由立方氮化硼微粉加工制得，结合剂是由结合剂粉末加工制得，立方氮化硼微粉的平均粒度为1-5μm，金刚石颗粒(2)的平均粒度为200-1500μm，结合剂粉末的平均粒度为20-40μm；
结合剂粉末为铝粉或钛粉或镍粉或钴粉或氮化钛粉末或碳化钛粉末。
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：
一、原料预处理
利用常规方法对立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对金刚石颗粒进行净化处理，对结合剂粉末进行还原处理，将处理过的原材料置于干燥箱中，在100-120℃条件下干燥4-6小时；
二、称料及混料
根据配方称取步骤一的材料，并预处理干燥的立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和结合剂粉末，置于混料机中混合，时间为6-8小时；
三、预压成型
根据配方称取步骤二中的混合粉料，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10-12分钟成型；
四、干燥保存
将步骤三中预压成型的粉体装入钼质容器，置于80-90℃真空干燥箱内，待高压烧结之用；
五、高温高压烧结
将步骤四中干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，进行高温高压烧结，烧结压力为5-7.5GPa，烧结温度为1100-1800℃，烧结时间为10-20分钟，得到复合材料烧结体；
六、机械加工
对烧结成型的复合材料试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理。
本发明的有益效果：
本发明的复合材料，创新性地将聚晶立方氮化硼作为金刚石复合材料的胎体材料，复合材料胎体硬度和耐磨性得到了显著提高，应用于金刚石工具，可以提高坚硬材料加工效率以及坚硬岩层的钻进效率，立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和结合剂粉末采用高温高压烧结工艺制备而成，这种金刚石复合材料采用聚晶立方氮化硼作为胎体材料，金刚石包镶在其中，作为硬质点和耐磨相，这种复合材料结构致密，其胎体具有较高的硬度、耐磨性及综合性能，使用这种复合材料制成的金刚石工具可以提高坚硬材料的加工效率以及坚硬岩层的钻进效率。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，其组成成分和体积百分比如下：
聚晶立方氮化硼63-87vol.％、金刚石颗粒5-29vol.％、结合剂8-12vol.％；
聚晶立方氮化硼(1)是由立方氮化硼微粉加工制得，结合剂是由结合剂粉末加工制得，立方氮化硼微粉的平均粒度为1-5μm，金刚石颗粒(2)的平均粒度为200-1500μm，结合剂粉末的平均粒度为20-40μm；
结合剂粉末为铝粉或钛粉或镍粉或钴粉或氮化钛粉末或碳化钛粉末。
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
实施例1
首先对平均粒度为3μm的立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对粒度为30/35μm的金刚石颗粒进行净化处理，对平均粒度为35μm铝粉进行还原处理，将处理过的的原材料置于干燥箱中，在100℃条件下干燥4小时；
根据立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和铝粉的体积百分比为7：2：1，称取预处理并干燥的立方氮化硼微粉0.87g、金刚石颗粒0.25g和铝粉0.10g，置于混料机中混合，时间为6.5小时，称取混合均匀粉料1.20g，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10分钟成型；
将预压成型的粉体装入钼杯，置于80℃真空干燥箱内；
将干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，高温高压烧结，烧结压力为6GPa，烧结温度为1150℃，烧结时间为15分钟，得到复合材料烧结体，对烧结好的试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理，得到复合材料试样，试样结构致密，硬度和耐磨性得到显著提高，在使用过程中没有出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效的问题，使用寿命高于传统合金胎体金刚石复合材料。
实施例2
首先对平均粒度为4μm的立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对粒度为20/25目的金刚石颗粒进行净化处理，对平均粒度为40μm钛粉进行还原处理，对处理过的的原材料置于干燥箱中，在100℃条件下干燥5小时；
根据立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和铝粉的体积百分比为7：2：1，称取预处理并干燥的立方氮化硼微粉0.87g、金刚石颗粒0.25g和铝粉0.16g，置于混料机中混合，时间为7小时，称取混合均匀粉料1.26g，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10分钟成型，将预压成型的粉体装入钼杯，置于80℃真空干燥箱内；
将干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，高温高压烧结，烧结压力为5.5GPa，烧结温度为1450℃，烧结时间为15分钟，得到复合材料烧结体，对烧结好的试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理，得到复合材料试样，试样结构致密，硬度和耐磨性得到显著提高，使用过程中没有出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效的问题，使用寿命高于传统合金胎体金刚石复合材料。

Claims (3)

1.一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，其组成成分和体积百分比如下：
聚晶立方氮化硼63-87vol.％、金刚石颗粒5-29vol.％、结合剂8-12vol.％；
聚晶立方氮化硼(1)是由立方氮化硼微粉加工制得，结合剂是由结合剂粉末加工制得，立方氮化硼微粉的平均粒度为1-5μm，金刚石颗粒(2)的平均粒度为200-1500μm，结合剂粉末的平均粒度为20-40μm。
2.一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
一、原料预处理
利用常规方法对立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对金刚石颗粒(2)进行净化处理，对结合剂粉末进行还原处理，将处理过的原材料置于干燥箱中，在100-120℃条件下干燥4-6小时；
二、称料及混料
根据配方称取步骤一的材料，并预处理干燥的立方氮化硼微粉、金刚石颗粒(2)和结合剂粉末，置于混料机中混合，时间为6-8小时；
三、预压成型
根据配方称取步骤二中的混合粉料，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10-12分钟成型；
四、干燥保存
将步骤三中预压成型的粉体装入钼质容器，置于80-90℃真空干燥箱内，待高压烧结之用；
五、高温高压烧结
将步骤四中干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，进行高温高压烧结，烧结压力为5-7.5GPa，烧结温度为1100-1800℃，烧结时间为10-20分钟，得到复合材料烧结体；
六、机械加工
对烧结成型的复合材料试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理。
3.根据权利要求1所述的一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，所述结合剂粉末为铝粉或钛粉或镍粉或钴粉或氮化钛粉末或碳化钛粉末。
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