[发明专利]一种微纳米级立方氮化硼磨料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微纳米级立方氮化硼磨料的制备方法，包括以下步骤：称取六方氮化硼粉和钙基膨润土，压制成合成柱；对合成柱进行高温高压合成，得到立方氮化硼晶体粗品；粉碎得到粉状立方氮化硼晶体粗品，再经过酸处理、碱处理、重力自然沉降分选、离心沉降、烘干过程得到半成品；将半成品经过整形、酸处理、烘干、分选，得到不同粒度的微纳米级立方氮化硼磨料。引入分子级水作为立方氮化硼单晶合成的触媒的载体为膨润土，膨润土含有一定比例量的结合水，在达到一定温度时会脱去结合水，利用该特性将分子级水引入合成腔体内。另外，膨润土均匀分布于合成柱内，其分解的分子级水也会均匀分布在合成柱内，使合成的立方氮化硼颗粒尺寸均匀。

技术领域

本发明属于超硬材料的制造技术领域，具体涉及一种微纳米级立方氮化硼磨料及其制备方法。

背景技术

伴随科技不断进步，人们对材料的加工逐渐向更高的尺寸精度，更高的表面光洁度，更高效的加工效率进步。因此，更多领域对先进加工工具提出更高的要求。作为先进加工工具的刀具、磨具制造的基础材料—磨料，其性能要求也在逐渐提高。立方氮化硼磨料作为一种先进的超硬材料，它的出现给机械加工行业加工方式带来了革命性的改变，用立方氮化硼材料制造的刀具及磨具加工黑色金属及其合金材料时表现出高效的加工效率及极佳的加工效果。目前制造立方氮化硼刀具及磨具主要是利用粒度在微米级和毫米级单晶颗粒，而对于满足更高加工要求的超微纳米级立方氮化硼单晶的应用也越来越广。目前国内外生产超微纳米级立方氮化硼单晶主要有两种方法。一：爆炸法，该方法能得到纳米级立方氮化硼单晶，但该方法生产的立方氮化硼单晶杂质含量高，影响其使用效果；二：破碎法，利用机械破碎或气流磨破碎等方式将大颗粒立方氮化硼单晶进行破坏式破碎，破碎后通过特定的分选方式得到微米级立方氮化硼微粉，但该方法能耗高，产量低。

目前合成立方氮化硼单晶主要方法为利用六方氮化硼和触媒，在高温高压条件下将六方氮化硼转化成立方氮化硼，触媒可以为碱金属、碱土金属单质或合金，或碱金属、碱土金属氮化物及氮硼化物，利用这些触媒合成六方氮化硼单晶时反应缓慢，有利于获得尺寸较大的六方氮化硼单晶，不利于获得超微纳米级立方氮化硼晶体。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足之处，提供一种利用分子级水作为触媒合成微纳米级立方氮化硼磨料及其制备方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种微纳米级立方氮化硼磨料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照质量百分比，称取90-99.5%的六方氮化硼粉和0.5-10%的钙基膨润土，均匀混合，并压制成合成柱；

（2）在1200-1700k下，对步骤（1）得到的合成柱施加合成压力80-85MPa进行高温高压合成，得到琥珀色的立方氮化硼晶体粗品；

（3）粉碎所得立方氮化硼晶体粗品，得到粉状立方氮化硼晶体粗品，粉状立方氮化硼晶体粗品再经过酸处理、碱处理、重力自然沉降分选、离心沉降、烘干过程得到微纳米级立方氮化硼磨料晶体半成品；

（4）将所述微纳米级立方氮化硼磨料晶体半成品经过整形、酸处理、烘干、分选，得到不同粒度的微纳米级立方氮化硼磨料。

所述步骤（1）具体为：按照质量百分比，称取原料，先将50%的六方氮化硼粉加入混料机内，然后将钙基膨润土加入混料机内，最后再将剩余的六方氮化硼粉加入混料机内，混合均匀；将得到的混合粉真空包装，并用冷等静压机在200-300MPa压力下挤压造粒，造粒结束后再经过鄂破机破碎、80目筛网筛分得到制备合成柱的颗粒，再将得到的颗粒用全自动油压机，在10-20MPa压力下压制成合成柱；将合成柱、加热碳管、保温隔热陶瓷片部件组装成一个合成柱，合成柱在合成前于真空环境下保存待用。

所述六方氮化硼粉在使用前先经过200℃高温处理2h，并在120℃下保温待用，在使用前将待用的六方氮化硼粉真空烘干。