[发明专利]一种结合剂、立方氮化硼聚晶复合片及其制备方法

说明书

本发明提供一种结合剂、立方氮化硼聚晶复合片及其制备方法，该结合剂包括：金属铝、二氧化硅、碳化硅、二硼化钛、硅化钛、金属钛和氮化钛，在烧结过程中，金属铝和二氧化硅发生反应形成氧化铝和硅单质，氧化铝和硅单质的熔点都远高于金属铝，而且硅单质还具有良好的导热性能；如此，该结合剂可以有效克服金属结合剂和陶瓷结合剂的缺点，用于制备立方氮化硼聚晶复合片过程中，可以有效提高刀具的硬度、韧性及导热性能，具有广阔的适应性。

技术领域

本发明属于超硬材料领域，具体地，涉及一种结合剂、立方氮化硼聚晶复合片及其制备方法。

背景技术

聚晶立方氮化硼是立方氮化硼颗粒和一定比例的结合剂在高温高压下烧结而成的。结合剂在合成聚晶立方氮化硼的过程中起着重要的作用，加入适量的结合剂可以降低烧结温度和压力，并能改善烧结体的性能。聚晶立方氮化硼结合剂主要有金属结合剂和陶瓷结合剂。

其中，金属结合剂通常在700～800℃软化，会导致聚晶立方氮化硼的耐磨性下降。陶瓷结合剂具有较高的耐高温磨损和较强的抗化学磨损优点，但陶瓷在高温时导热性差，使切削温度集中在被加工材料上，使之软化。因此，开发一种结合剂克服金属结合剂的软化问题和陶瓷结合剂的导热问题具有重要的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种结合剂、立方氮化硼聚晶复合片及其制备方法，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种结合剂，它包括以下质量份的组分：金属铝(Al)5～15份、二氧化硅(SiO₂)20～50份、碳化硅(SiC)30～40份、二硼化钛(TiB₂)17～29份、硅化钛(Si₂Ti)5～15份、金属钛(Ti)3～7份和氮化钛(TiN)10～20份。

基于上述结合剂，它的平均粒径为200～300nm。

基于上述结合剂，它还包括石墨烯微粉0.5～2份，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。

一种立方氮化硼聚晶复合片，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼70～80份和上述的结合剂20～30份。

基于上述，所述立方氮化硼的平均粒径为3～10μm。

一种上述的立方氮化硼聚晶复合片的制备方法，其包括以下步骤：

将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；

在60～100MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；

将所述坯体在6.0～7.5GPa、1300～1500℃条件下烧结12～25min，取出，得到所述立方氮化硼聚晶复合片。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步。具体的说，本发明提供一种结合剂，在烧结过程中，金属铝起到金属结合剂的作用，烧结温度逐渐上升，金属铝和二氧化硅发生反应形成氧化铝和硅单质，氧化铝和硅单质的熔点都远高于金属铝，可以有效避免金属结合剂的软点效应，而金属钛和未反应的金属铝可以在硅化钛的促进作用下形成硼化铝、氮化铝、硼化钛或氮化钛，且氧化铝和硼化铝、氮化铝、硼化钛或氮化钛与结合剂中的陶瓷组分碳化硅、硅化钛、二硼化钛和氮化钛共同作用，使聚晶立方氮化硼具有良好的硬度和韧性，同时，硅单质和石墨烯微粉还可以有效提高聚晶立方氮化硼的导热性。另外，本发明还提供一种立方氮化硼聚晶复合片及其制备方法，采用上述结合剂和立方氮化硼混合制备立方氮化硼聚晶复合片，经检测，所述立方氮化硼聚晶复合片的硬度为3265～3535Hv，冲击次数为43～48，导热系数为103～132W/(m·K)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1