[发明专利]低氧化硼复合材料

说明书

发明背景

本发明涉及低氧化硼复合材料。

合成超硬材料的发展已引起材料科学家的极大兴趣，这些合成超硬材料的硬度值接近或甚至超过金刚石的硬度值。金刚石具有70-100GPa的维氏硬度，它是最硬的已知材料，其次是立方氮化硼(Hv～60GPa)和低氧化硼，本文也称其为B₆O。B₆O单晶体的硬度值在0.49N和0.98N的载荷下分别测定为53GPa和45GPa，这类似于立方氮化硼的硬度值。

已知B₆O也可以是非化学计量比的，即以B₆O_1-x存在(其中x为0-0.3)。这样的非化学计量比形式包括在术语B₆O之内。这些材料强的共价键和短的原子间键长促成它们优异的物理性质和化学性质，例如大的硬度、低的质量密度、高的热导率、高的化学惰性和优异的耐磨性。潜在的工业用途包括用于磨轮、研磨剂和切削工具。

已利用若干技术来制备低氧化硼并且这些技术包括诸如下列工序：使单质硼(B)与氧化硼(B₂O₃)在适当高的压力和高温条件下反应。在美国专利第3,660,031号中，提到了制备低氧化硼的其它方法，例如用镁还原氧化硼(B₂O₃)，或者通过用单质硼还原氧化锌。然而，利用这些已知工序中的每一种时，都存在妨碍该材料在工业中的有效性的缺点。例如用镁还原B₂O₃在所述低氧化物中产生镁和硼化镁杂质的固溶体，而用硼还原氧化镁仅产生相对小的低氧化硼产率并且是非常低效的。

WO2007/029102公开了用铝化合物制备的B₆O复合物，所述铝化合物在晶界处产生硼酸铝相。获得了约3.5MPa.m^0.5的断裂韧性且具有29.3GPa的相应硬度。该复合物中存在的铝相是软的并且尽管它们可改善所得复合物的断裂韧性，然而它们对于该复合物的总体硬度没有贡献。

WO2008/132676描述了一种包含低氧化硼和二次相的低氧化硼复合材料，该二次相含有硼化物例如硼化锆、硼化铪、硼化钨、硼化钼等。

WO2008/132674描述了一种包含低氧化硼和二次相的低氧化硼复合材料，该二次相含有至少两种金属氧化物的混合物，它们均不是含硼的氧化物。

WO2008/132672描述了一种包含低氧化硼和二次相的低氧化硼复合材料，该二次相含有稀土金属氧化物。

美国专利号5,456,735描述了一种通过用包含低氧化硼复合物材料的研磨工具磨蚀表面从该表面去除材料的方法。该低氧化硼复合材料包含处在基质中的低氧化硼颗粒，在一个实施方案中该基质可以是铜基合金。该铜基合金的存在量是至少25体积％。

对于具有增强的机械性能、特别是增强的断裂韧性的低氧化硼材料(B₆O)存在需求。

发明概述

根据本发明，提供了一种包含低氧化硼和二次相的低氧化硼复合材料，其中该二次相含有金属，该金属选自金、银和铜以及基于这些金属中一种或多种或者含有这些金属中一种或多种的合金，并且其中该金属或合金在所述材料中的存在量小于约20体积％，优选小于约6体积％。

二次相中金属的存在可使该复合材料更易于钎焊至基材。

可使用本领域中已知的任何适宜的钎焊合金来实现钎焊。一种适宜的钎焊合金实例是Cu/Ag/Ti合金。

该二次相可基本上由金属组成，即任何其它元素或化合物将仅为痕量或微量。

该二次相可含有改善或增强所述复合材料性能的其它元素或化合物。在一些实施方案中，硼化物形成剂例如钛、钒、镍、铁、钴或铬可存在于该二次相中。所有这些元素均是强的硼化物形成剂，从而导致在复合材料制造过程中形成硼化物。虽然不希望受任何特定理论限制，但所述硼化物的形成改善金属与B₆O相的润湿性和结合，这可导致在复合材料中形成更强的延性桥接(bridge)。当所述其它元素或化合物是硼化物形成剂或硼化物时，此类元素或化合物在二次相中的存在量可以小于50重量％。

低氧化硼可以是颗粒或粒状低氧化硼。该低氧化硼颗粒或粒料自身的平均粒度优选细小并且范围可以为100nm至100μm，优选为100nm至10μm。