[发明专利]纳米/亚微米结构B13N2-cBN超硬复合材料及其制备方法和刀具

说明书

一种纳米/亚微米结构B₁₃N₂‑cBN超硬复合材料及其制备方法和刀具，涉及超硬材料领域。纳米/亚微米结构B₁₃N₂‑cBN超硬复合材料的制备方法包括：将非晶硼粉体与cBN粉体按照摩尔比为11:(2‑11)混合均匀后经真空热处理，得到初始材料；将初始材料置于压力8‑25GPa，温度为1200‑2300℃的条件下进行固相反应/烧结，以得到B₁₃N₂‑cBN超硬复合材料。通过对温度、压力与固相反应/烧结反应时间的调控与性能截获，成功制备大尺寸、无粘接剂的B₁₃N₂基超硬复合材料，并能有效实现工业化生产，应用于刀具材料，满足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。

技术领域

本发明属于超硬材料领域，涉及一种纳米/亚微米结构 B₁₃N₂-cBN超硬复合材料及其制备方法和刀具。

背景技术

金刚石具有高的硬度(60-120GPa)，然而其热稳定性及化学惰性较差，在高温下易氧化(680℃)，且易与铁或含铁合金材料发生化学反应，从而限制了其在加工含铁材料或合金方面的应用。立方氮化硼具有优异的热稳定性(1100℃)与化学惰性，然而其硬度仅为50-70 GPa左右。传统的超硬聚晶烧结体是利用超硬粉体材料(如:金刚石、 cBN)与Co、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块体聚晶超硬复合材料。虽然，该类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、耐磨性及热稳定性，如：含钴粘接剂的聚晶金刚石(PCD)，含AlN或 Al粘接剂的聚晶立方氮化硼(PcBN)等。

因此，寻找具有优异力学性能、高热稳定性与化学稳定性的超硬 (复合)材料，在材料加工及制造业领域内意义重大。

发明内容

本发明实例提供一种纳米/亚微米结构B₁₃N₂-cBN超硬复合材料的制备方法，通过以非晶硼粉体与cBN粉体为初始材料，通过真空热处理工艺，在高温高压极端条件下，通过对温度、压力与固相反应 /烧结反应时间的调控，成功制备了块体尺寸大、无粘接剂、晶粒尺寸小的纳米/亚微米结构B₁₃N₂-cBN超硬复合材料。

本发明还提出一种纳米/亚微米结构B₁₃N₂-cBN超硬复合材料，包含复合材料端元-纳/微米晶B₁₃N₂超硬材料(也即是纳米/亚微米结构B₁₃N₂超硬聚晶材料)。该新型超硬材料，尺寸较大，可以达到厘米级，能有效实现工业化应用。

本发明实施提供一种刀具，其通过利用纳米/亚微米结构 B₁₃N₂-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，本发明实施例提出一种纳米/亚微米结构B₁₃N₂-cBN 超硬复合材料的制备方法，其包括：

将非晶硼粉体与cBN粉体按照摩尔比为11:(2-11)混合均匀，得到各种不同化学配比的原料粉体；

对原料粉体真空热处理后，得到初始材料；