[发明专利]立方氮化硼密实体

说明书

发明背景

本发明涉及立方氮化硼密实体(compact)。

氮化硼一般以三种晶体形式存在，即立方氮化硼(cBN)、六方氮化硼(hBN) 和纤锌矿结构立方氮化硼(wBN)。立方氮化硼是具有与钻石结构相似的结构的 硬闪锌矿形式的氮化硼。在cBN结构中，在原子间形成的键很强，主要为共价 四面体键。制备cBN的方法是本领域中熟知的。一种这样的方法是使hBN在特 定的催化添加剂材料存在下经历非常高的压力和温度，所述催化添加剂材料可 以包括碱金属、碱土金属、铅、锡和这些金属的氮化物。当温度和压力降低时， cBN可以被回收。

cBN在加工工具等领域具有广泛的商业应用。它可以被用作砂轮、切削工 具等中的磨粒，或者被用传统的电镀技术粘结到工具体上以形成工具插入物。

cBN也可以以粘结的形式作为cBN密实体(也称为PCBN)使用。cBN密实 体往往具有好的耐磨性和耐化学磨损性，是热稳定的，具有高的热导率和好的 抗冲击性，并且当与工件接触时具有低的摩擦系数。

钻石是唯一比cBN硬的材料。然而，由于钻石往往与某些材料如铁反应， 当作用于含铁金属时不能使用钻石，并且因此在这些情况下优选使用cBN。

cBN密实体包含cBN颗粒的烧结的多晶聚集体。cBN含量很高。当cBN含量 超过密实体的80体积％时，会有相当多的直接的cBN-cBN接触和物理键合。当 cBN含量较低时，例如在密实体的40-60体积％的范围内时，直接的cBN-cBN 接触和物理键合的程度较低。

cBN密实体通常还含有粘结相，该粘结相一般是cBN催化剂或含有这样的 催化剂。合适的粘结相含有元素如铝、铁、钴、镍、钨、硅、钛、这些金属的 组合、它们的氮化物、碳化物和碳氮化物。

当密实体的cBN含量小于60体积％时，通常存在另一硬质相，其性质可以 是陶瓷。合适的陶瓷硬质相的实例是4、5或6族过渡金属的碳化物、氮化物、 硼化物和碳氮化物，和氧化铝，及它们的混合物。

在形成工具插入物或工具的过程中，cBN密实体可以被直接粘结到工具体 上。然而，对于许多应用，优选将密实体粘结到基材/载体材料上，形成负载的 密实体结构，然后所述负载的密实体结构被粘结到工具体上。所述基材/载体材 料一般是胶接的金属碳化物，其用粘结剂如钴、镍、铁或其混合物或合金粘结 在一起。金属碳化物颗粒可以包含钨、钛或钽的碳化物颗粒或其混合物。

一种用于制造多晶cBN密实体和负载的密实体结构的已知方法包括使未烧 结的cBN颗粒聚集体经历高温和高压条件，即cBN晶体学稳定的条件一段适当 的时间。催化剂或含催化剂的相可用于提高颗粒的粘结。所使用的典型的高温 和高压条件为：约1300℃或更高的温度，和约2GPa或更高的压力。保持这些条 件的时间典型地为约3-120分钟。

具有或不具有基材的烧结的cBN密实体通常被切割成将被使用的特定切割 或钻孔工具的希望的尺寸和/或形状，并且然后使用钎焊技术将其安装到工具体 上。

在各种铁质材料，特别是硬化钢和易延展的、致密的石墨铸铁的高速机械加 工过程中，立方氮化硼密实体的工具寿命由于摩擦化学磨损而受到限制。该问 题因应用中所需的更高的切削速度而被加剧。

发明概述

按照本发明，立方氮化硼密实体(PCBN)包含大量的立方氮化硼颗粒和第二 硬质相，该第二硬质相包括至少一种铝镁硼化物化合物。

按照本发明的另一方面，提供了上述立方氮化硼密实体在铁质材料的机械加 工，优选高速机械加工中的应用。

实施方案的描述