[发明专利]一种无结合剂聚晶氮化硼复合体的制备方法

说明书

一种无结合剂聚晶氮化硼复合体的制备方法，属于超硬复合材料领域，步骤为：（1）纳米立方氮化硼和纳米六方氮化硼的改性处理：（2）制备混合液：将纳米立方氮化硼和纳米六方氮化硼分散体混合均匀、分散至分散剂中得到混合液；（3）制备聚晶氮化硼复合体：将混合液真空干燥后置于模具中预压得预压片，然后将预压片在5~9GPa、1500~2000℃条件下压制5~20min，制得聚晶氮化硼复合体。本发明提供制备方法的反应条件温和，可以在较低的温度（1500~2000℃）和压力（5~9Gpa）下合成PcBN聚晶体，对设备要求低，可推广性好；利用本发明提供的方法制备出的PcBN复合体具有硬度高、抗弯强度高的特点，可以经过后续加工作为超硬刀具的刀头。

技术领域

本发明属于超硬复合材料领域，具体涉及一种无结合剂聚晶氮化硼复合体的制备方法。

背景技术

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼（hBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(cBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。其立方结晶的变体被认为是已知的最硬的物质，维氏硬度达到108 GPa，而合成钻石的维氏硬度为100 GPa。

聚晶氮化硼（Polycrystalline cubic boron nitride，简称PcBN）是1975年出现的新型高性能超硬刀具材料，由于PcBN刀具材料具有热稳定性好、化学惰性强、硬度高等优点，在加工高硬度（HRC>50）、高温、低热传导率的铁系金属及其合金时，具有加工精度高、表面粗糙度低、可以实现高速和超高速切削的优势，同时刀具使用寿命长，加工成本相对降低。

聚晶立方氮化硼的制备方法有很多，主要是通过高温高压的方法将cBN（立方氮化硼）微粉聚合制备而成，可以分为含结合剂的PcBN和纯PcBN。

结合剂在合成PcBN的过程中起着重要作用，加入适量的结合剂可以降低烧结温度和压力，并改善烧结体的性能。根据合成PcBN时添加结合剂的种类不同，可以将其分为金属型、陶瓷型和金属陶瓷型。含金属结合剂的PcBN虽然具有较好的韧性，但结合剂遇高温易软化，且耐磨性较差和硬度较低。相反，含陶瓷结合剂的PcBN虽然高温性能好，硬度高和耐磨性好，但合成的PcBN刀具韧性差、抗冲击性能低。结合剂的存在可以降低合成PcBN所需的温度与压力，但PcBN的硬度、韧性都会受到影响。

在没有结合剂的参与下，由cBN在高温高压下烧结可得纯PcBN。通过对比研究发现纯PcBN的各种机械性能远远大于含粘合剂的PcBN。但由于制备条件的限制（大于9.0GPa、2200~2400℃），在工业上不易实现，目前只有少数公司可以合成，距大规模的商业化生产还有待努力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无结合剂聚晶氮化硼复合体的制备方法。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无结合剂聚晶氮化硼复合体的制备方法，步骤为：

（1）纳米立方氮化硼和纳米六方氮化硼的改性处理：分别将纳米立方氮化硼和纳米六方氮化硼冷冻、真空干燥，得到纳米立方氮化硼和纳米六方氮化硼的分散体；

（2）制备混合液：将步骤（1）得到的纳米立方氮化硼和纳米六方氮化硼分散体混合均匀、分散至分散剂中得到混合液；

（3）制备聚晶氮化硼复合体：将混合液真空干燥所得物料置于模具中预压得预压片，然后将预压片在5~9GPa、1500~2000℃条件下压制5~20min，制得聚晶氮化硼复合体。

进一步地，步骤（1）中冷冻条件为：-10℃~-50℃冷冻0.5~2 h。

进一步地，步骤（1）中真空干燥条件为：压力为0.1~130Pa，温度为25-100℃，干燥时间为12~36h。