[发明专利]纳米/亚微米结构wBN超硬材料及wBN-cBN超硬复合材料及制备方法和刀具

说明书

本发明涉及纳米/亚微米结构wBN超硬材料及wBN‑cBN超硬复合材料及制备方法和刀具，属于超硬材料领域。通过高温高压制备的此超硬材料的晶粒与晶粒之间能形成紧密结合的、高强度的B‑N化学键，其具有与立方氮化硼(cBN)相当或更加优异的力学性能/硬度，及更高的热稳定性。

技术领域

本发明属于超硬材料领域，且涉及一种纳米/亚微米结构wBN超硬材料及wBN-cBN超硬复合材料及制备方法和刀具。

背景技术

传统的立方氮化硼聚晶烧结体是利用立方氮化硼微粉与Al、AlN、TiN等金属或陶瓷粉体均与混合后，在高温高压下烧结而成的一种立方氮化硼超硬复合材料。虽然，该复合材料在宏观上表现出各向同性和具有较高的硬度及韧性，但是其晶粒尺寸较大，很难达到用于超精细切削刀具刃口的平整度与锋利度。更重要的是，由于粘接剂的加入，将会大大降低该聚晶复合材料的硬度(≤～30GPa)、耐磨性及热稳定性。

基于上述理由，特此进行改进。

发明内容

本发明实施提供一种纳米/亚微米结构wBN超硬材料及纳米/亚微米结构wBN-cBN超硬复合材料，通过以具有不同晶体结构的氮化硼原料为原料粉体，通过真空热处理，在高温高压极端条件下，通过对温度、压力与烧结时间的调控，有效解决背景技术存在的问题，获得纳米/亚微米结构wBN超硬材料及纳米/亚微米结构wBN-cBN超硬复合材料。其中需要说明的是，本发明中，纳/亚微米结构wBN超硬材料是指纤锌矿型纳/亚微米晶wBN超硬材料。

本发明实施提供一种纳米/亚微米结构wBN超硬材料及wBN-cBN超硬块体复合材料各自对应的制备方法，通过制备方法的改进，有效解决背景技术存在的问题。

本发明实施提供一种刀具，其通过利用纳/亚微米结构wBN超硬材料及纳米/亚微米结构wBN-cBN超硬复合材料，达到用于超精细切削刀具刃口的平整度与锋利度，以及耐磨刀具的耐磨要求。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

第一方面，纳米/亚微米结构wBN超硬材料的制备方法，其包括：

对氮化硼原料粉体真空热处理后，得到初始材料；

将初始材料置于18-25GPa，温度为1100-1300℃的条件下进行高温高压处理及烧结，以得到纳米/亚微米结构wBN超硬材料。

例如，其中将初始材料置于压力18.5GPa、19GPa、20GPa、22GPa、24GPa、24.5GPa等中的任一点或任意两点之间的范围值，温度为1150℃、1200℃、1300℃等中的任一点或任意两点之间的范围值的条件下进行高温高压处理及烧结，经过如图1所示的制备机理，以得到纤锌矿型纳米/亚微米结构wBN超硬材料(纳米/亚微米晶wBN超硬材料)，在该温度-压力条件下，我们制备的纯相的纤锌矿型wBN块体超硬材料，与立方氮化硼相比，其具有更加优异的热稳定性及硬度等力学性能。

通过对氮化硼原料粉体真空热处理，以消除氮化硼原料粉体表面的吸附水分、氧气等，接着通过在纤锌矿型氮化硼或立方氮化硼(简写为c-BN)热力学稳定域范围内，通过对温度、压力与烧结时间的调控，通过位移型相变和/或重构性相变，制备大尺寸、无粘接剂、纳米/亚微米结构wBN超硬材料。该纳米/亚微米结构超硬材料的晶粒与晶粒之间能形成紧密结合的、高强度的B-N化学键，其具有比立方氮化硼更优异的力学性能/硬度(≥80GPa)，及更高的热稳定性(≥1500K)。

结合第一方面，本发明示出的一些实施例中，将初始材料置于压力大于18GPa且小于25GPa，温度大于1100℃且不大于1300℃的条件下进行高温高压处理及烧结，效果更佳，可保证制得的纳米/亚微米结构wBN超硬材料的性能。

第二方面，一种纳米/亚微米结构wBN-cBN超硬复合材料的制备方法，其包括：

对氮化硼原料粉体真空热处理后，得到初始材料；