[发明专利]PCBN材料，用于制造其的方法，包括其的工具以及使用其的方法

说明书

本公开内容主要涉及多晶立方硼氮化物(PCBN)材料，用于制造PCBN材料的方法，包括其的切割元件和使用其的方法。

PCT专利申请公开号WO/2006/046128公开了一种CBN压块(compact)，用在硬化钢的连续、轻－断续和中等至严重断续的机械加工中，所述硬化钢例如表面硬化和滚珠轴承钢。一种公开的压块包含约45至约75体积百分比CBN颗粒，该颗粒具有多于一种平均颗粒尺寸且具有小于10微米、优选小于5微米的平均尺寸。该压块还包含第二硬化相，该第二硬化相包含一种或多种氮化物、碳－氮化物或特定的金属碳化物化合物，以及粘合剂相，该粘合剂相以该第二硬化相的约5至30质量百分比的量存在。该压块可以不超过(压块的)3体积百分比的量含有钨碳化物。

PCT专利申请公开号WO/2006/046124公开了制造用于制造CBN压块的粉末化原材料组合物的方法。该方法包括磨碎次级硬质材料的颗粒，粘合剂材料和CBN颗粒以生产混合物，在该混合物中次级硬质材料的颗粒和粘合剂材料是微细的(小)。CBN颗粒的平均尺寸可小于10微米，优选小于5微米。胶合的钨碳化物球可用于磨碎，其很可能引入不大于3体积百分比或小于3质量百分比钨碳化物到该粉末化的组合物。磨碎能够实现相比于其他碾磨方法在烧结的压块中更微细的颗粒和更佳的材料匀质性，可以实现包含纳米尺寸的颗粒的匀质混合物，该纳米尺寸的颗粒具有约200至约500纳米之间的平均颗粒尺寸。由所公开的方法实现的次级硬质颗粒的小尺寸很可能导致CBN压块的高强度。

美国专利号8148282公开了一种烧结的立方硼氮化物复合压块，其具有非cNBN部分，该压块包含约86至约90质量百分比cBN，非cBN部分主要由约10至约14质量百分比铝氮化物，铝二硼化物和其他铝的硼化物构成。该压块具有为至少双模态的cBN颗粒尺寸分布，且包含约80百分比尺寸范围为约10至约60微米的粗颗粒，和约20百分比尺寸范围约1至约12微米的微细微粒。

存在有对于包含PCBN材料的切割工具元件的需求，该切割工具元件具有增强的工作寿命，特别是、但非排他地当用于钢本体的中等程度(intermediate)断续机械加工时。

从第一方面来看，提供了一种PCBN材料，其由分散在基体中的cBN颗粒构成(换言之，基体是指包含于PCBN材料中的所有材料，除了cBN颗粒)，cBN颗粒的含量为PCBN材料的约35至约70体积百分比范围；基体包含至少一种含有铝(Al)的化合物和至少一种含有钛(Ti)的化合物；多个cBN表面与PCBN材料的基本上平面的表面毗连；其中cBN颗粒的尺寸分布为使得至少约50百分比的总当量圆面积(ECA)源自最高5微米的cBN截距长度；且至少约20百分比的总ECA源自大于5微米的cBN截距长度。

由于在测量在烧结的PCBN中cBN颗粒的实际尺寸分布中显著的可行性挑战，很可能会有帮助的是至少部分地从可以直接和简单地测量的且与cBN颗粒尺寸非常相关的数量方面表征尺寸分布。换言之，可能有帮助的是从可视作cBN尺寸分布的代替的一种或多种数量方面来表征在烧结的PCBN中cBN颗粒的尺寸分布。因此，所公开的PCBN材料将部分地从可简单地衍生自暴露在PCBN材料的表面的cBN颗粒的直接可测量尺度的数量的统计分布方面来表征，而无需复杂的立体校正(stereographiccorrection)。如下所述，这将从cBN颗粒的暴露截面(sections)的‘当量圆面积’方面、从足够大量的cBN截面的边缘上的点间的基本上随机的“截距长度”计算而完成。

每个ECA使用各自的截距长度计算，该截距长度为连接在cBN颗粒边界上的各自的任意的一对点的通常任意的直线段的长度，该边界与PCBN材料的表面毗连(换言之，相交或位于其上)。每个ECA计算为具有等于各自的截距长度的直径的圆的面积。总的ECA为所有的所有的多个ECA的总和，其从与各自的cBN颗粒相关的多个各自的截距长度计算(在本公开内容中且除非另有说明，截距长度会是指cBN截距长度，其与cBN颗粒相关)。在一些实例中，cBN面积可为贯穿相应cBN颗粒的截面。虽然一个具体给定的截距长度和相应的ECA将不太可能会太有用，但统计学上足够数量的任意划出的截距长度，以及相应地统计学上足够数量的相应的ECA可以提供与在烧结的PCBN本体中的cBN的颗粒的尺寸分布相关的信息；条件是截距和cBN颗粒是基本上随机地选择的。截距长度测量和相应的ECA计算的更多细节和非限制性实例将在提供了附图的说明后描述于下文。

对于PCBN材料设想多种组成和微结构方面，其非限制性和非穷举的实例描述于下文。