[发明专利]利用六面顶式压机进行的无粘合剂CBN烧结

说明书

烧结无粘合剂cBN主体的方法包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，所述氮化硼颗粒混合物具有第一类型的氮化硼颗粒和氮化硼填料颗粒，并且所述氮化硼填料颗粒具有与所述第一类型的氮化硼颗粒不同的尺寸和/或类型；以及通过在所述压力室中生成小于7.7GPa的压力并且将所述氮化硼颗粒混合物加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，在所述压力室中烧结所述氮化硼颗粒混合物，以形成所述cBN主体，其中所述cBN主体具有至少97％的密度。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月29日提交的美国临时申请No.62/356,225的优先权和权益，所述美国临时申请以引用方式整体并入本文。

背景技术

立方氮化硼(cBN)颗粒可以在陶瓷或金属粘合剂存在下烧结在一起，以形成具有所设计材料性质(例如增加的耐磨性或韧性)的多晶立方氮化硼(PCBN)复合材料。例如，PCBN复合材料可以通过高压高温(HPHT)烧结包括作为硬相的cBN颗粒(例如，超硬材料)与铝(Al)金属粉末的混合物来形成，该混合物变为液体烧结反应物。PCBN的HPHT烧结可包括使用约4-7GPa之间的压力和约1200℃与1500℃之间的温度。在一些应用中，cBN颗粒可以在无粘合剂的cBN烧结工艺中在不使用粘合剂的情况下烧结在一起。然而，已知的无粘合剂cBN烧结工艺包括使用大于7.7GPa的超高压和大于2000℃(例如，在2200℃与2400℃之间)的高温。与用于形成PCBN的压力和温度条件相比，此类超高压和高温条件可能难以实现且成本高昂。

PCBN可用于各种机械加工应用，包括(例如)用于搅拌摩擦焊接、加工或接合所用的工具。用于搅拌摩擦焊接的工具可以包括包含PCBN的强力销，所述强力销沿着两片材料之间的接缝移动，以使每片材料的一部分超塑性地变形并将所述两片焊接在一起。其它应用可能包括将PCBN用于切割工具、钻探工具或机械加工工具，例如用于机械加工工具钢、表面硬化钢和高速钢、焊接合金、铸铁及其它的工具。

发明内容

提供本发明内容是为了介绍一系列在下文具体实施方式中进一步描述的概念。本发明内容不意图鉴别要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用于辅助限制要求保护的主题的范围。

在一个方面，本公开的实施方案涉及烧结无粘合剂cBN主体的方法，所述方法包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，所述氮化硼颗粒混合物具有第一类型的氮化硼颗粒和氮化硼填料颗粒以及具有与第一类型的氮化硼颗粒不同的尺寸和/或类型的氮化硼填料颗粒；以及在压力室中烧结氮化硼颗粒混合物以形成cBN主体，其中烧结包括在压力室中生成小于7.7GPa的压力以及将氮化硼颗粒混合物加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，其中cBN主体的密度为至少97％。

在另一方面，本公开的实施方案涉及制备cBN主体的方法，所述方法包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，在压力室中生成约7GPa至小于7.7GPa范围内的压力，以及将压力室加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，其中cBN主体具有至少98％的cBN组成。

在又一方面，本公开的实施方案涉及烧结的无粘合剂cBN主体，其具有多个结合在一起的cBN晶粒、至少99％的密度及大于38GPa的维氏硬度(Vickers hardness)，其中cBN构成烧结的无粘合剂cBN主体组成的至少98％。

从以下描述和所附权利要求中将明了所要求保护的主题的其它方面和优点。

附图说明

附图与说明书一起图解说明所公开主题的实例实施方案，并且与说明书一起用来解释所公开主题的原理。

图1是由根据本公开实施方案的氮化硼颗粒混合物和由常规氮化硼颗粒混合物烧结而成的无粘合剂cBN主体的理论密度的图表。

图2显示在不同温度下由根据本公开实施方案的氮化硼颗粒混合物烧结而成的烧结的无粘合剂cBN主体的x射线衍射光谱。

图3显示图2的烧结的无粘合剂cBN主体的组成的表格。