[发明专利]一种低融结合剂cBN复合材料的制备方法

说明书

一种低融结合剂cBN复合材料的制备方法，属于cBN复合材料领域，包括如下步骤：（1）将玻璃相的结合剂和cBN混合、球磨后所得物料装填到模具中；（2）将模具置于SPS烧结腔内，施加单轴向压力、抽真空后加入惰性保护性气体，在30~110Mpa、500~900℃条件下进行放电等离子体烧结10~30min，然后随炉冷却并随温减压后关真空泵；（3）待模具降温后，将坯体从烧结腔里取出即可。本发明提供的制备方法使成型坯体在较低的温度下，尤其是在650~800℃的低温范围内即可达到致密烧结，低温常压放电等离子体烧结能避免立方氮化硼的六方转化，放电等离子体使烧结体内部各个颗粒均匀的自发产生焦耳热，并活化颗粒表面，有效利用颗粒间的自身发热作用而进行烧结，得到的cBN复合材料具有较高质量。

技术领域

本发明属于cBN复合材料领域，具体涉及一种低融结合剂cBN复合材料的制备方法。

背景技术

立方氮化硼（cBN）具有高硬度、热稳定性、化学惰性以及良好的透红外性和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提高工件的磨削质量。立方氮化硼的使用是对金属加工的一大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。因此，采用立方氮化硼制备的各种材料具有广阔的市场前景。

目前，立方氮化硼（cBN）复合材料的烧结大多是在高温高压 (大于5GPa，1000~1400℃)条件下进行(Mikinori Hotta, Takashi Goto, Densification and PhaseTransformation of b-SiAlON–Cubic Boron, Nitride Composites Prepared by SparkPlasma Sinterin, Journal of the American Ceramic Society,2009, 92 [8] 1684-1690），存在烧结生产过程及设备较为复杂、生产控制要求较严、模具材料要求高、电能消耗大、生产效率低、劳动力消耗大等缺陷。由于高温高压合成工序复杂，影响产品质量事故的因素难以判断。

另外结合剂的选取对cBN复合材料的烧结及性能影响至关重要，目前一般采用的主要以Ti的氮化物、碳化物、金属Al、Ti、Ni等作为结合剂，这些结合剂大多数要求很高温度才能达到烧结的效果，然而，cBN 在 1400℃就开始发生六方转化，转化为hBN，hBN的出现会让复合材料的硬度和抗折强度大幅度降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低融结合剂cBN复合材料的制备方法。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种低融结合剂cBN复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将玻璃相的结合剂和cBN混合、球磨后所得物料装填到模具中；

（2）将装填过物料的模具置于SPS烧结腔内，施加单轴向压力、抽真空后加入惰性保护性气体，在30~110Mpa、500~900℃条件下进行放电等离子体烧结10~30min，然后随炉冷却并随温减压后关真空泵；

（3）待模具降温后，将坯体从烧结腔里取出即可。

进一步地，所述结合剂采用以下方法制备：将石英砂、硼酸、碳酸钠和氧化铝中两种或两种以上研磨混合、在高温炉中进行烧结，待温度升至400~500℃保温30~180min后，自然冷却至室温后，进行球磨、烘干、过筛，得到粒度为1-30μm的低融玻璃相的结合剂粉体。

进一步地，cBN占结合剂与cBN的混合物的体积分数为30%~90%。

进一步地，步骤（2）中放电等离子体烧结的温度为650~800℃。

进一步地，步骤（2）中，所述惰性保护性气体为氮气或氩气。