[发明专利]一种铬锆钨复式碳化物强韧化聚晶立方氮化硼材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铬锆钨复式碳化物强韧化聚晶立方氮化硼材料及其制备方法，属于超硬材料技术领域。本发明通过高温真空处理，去除原料残余杂质和水分，从而降低原料中的杂质和水分对聚晶立方氮化硼材料性能的影响；通过在制备聚晶立方氮化硼材料过程中添加碳热还原反应制备的Cr₃C₂‑ZrC‑WC复式碳化物粉末，压力烧结过程中可以有效改善粘结金属构成的粘结相与cBN微粉末构成的硬质相之间的润湿性，调节溶解析出过程，从而优化聚晶立方氮化硼材料的显微组织，使得材料内部各物质能够紧密结合，最终实现聚晶立方氮化硼材料的强度、硬度和韧性的同时提升。

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，尤其涉及一种铬锆钨复式碳化物强韧化聚晶立方氮化硼材料及其制备方法。

背景技术

未来切削加工的主流将是干式切削、硬态加工和高速切削相结合的效率高、能耗低、节约资源、减少污染的绿色切削。其中，聚晶立方氮化硼(PCBN)材料因其高硬度、优异的热稳定性、化学稳定、摩擦系数低等特点在切削加工领域有着广泛应用。

为了提高PCBN材料的综合性能，现有技术中通常是在PCBN材料中加入各种金属元素，从而获得立方氮化硼复合材料。但是现有技术提供的制备方法获得的立方氮化硼复合材料普遍存在着硬度低，强度以及抗冲击韧性相对较差的问题。

因此，如何获得一种硬度高且强度和抗冲击韧性优异的立方氮化硼材料成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种铬锆钨复式碳化物强韧化聚晶立方氮化硼材料及其制备方法，利用本发明提供的制备方法得到的聚晶立方氮化硼材料具有硬度高且强度和抗冲击韧性优异的特点。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种铬锆钨复式碳化物强韧化聚晶立方氮化硼材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Cr₂O₃粉末、ZrO₂粉末、WO₃粉末和炭黑粉末混合进行碳热还原反应，得到Cr₃C₂-ZrC-WC复式碳化物粉末；

(2)将所述步骤(1)得到的Cr₃C₂-ZrC-WC复式碳化物粉末、cBN微粉和粘结金属混合进行压制成型，得到坯料；

(3)将所述步骤(2)得到的坯料进行高温真空处理，得到预处理坯料；其中，所述高温真空处理的温度为800～1200℃；

(4)将所述步骤(3)得到的预处理坯料进行压力烧结，得到铬锆钨复式碳化物强韧化聚晶立方氮化硼材料。

优选地，所述步骤(1)中ZrO₂粉末、Cr₂O₃粉末、WO₃粉末和炭黑粉末的物质的量之比为1：(0.5～3)：(0.1～3)：(3～10)。

优选地，所述步骤(1)中碳热还原反应的温度为1400～1600℃，碳热还原反应的时间为1～5h。

优选地，所述步骤(2)中粘结金属为Co粉、Ni粉、Al粉、Ti粉、Cr粉、Zr粉和W粉中的至少一种。

优选地，所述步骤(2)中Cr₃C₂-ZrC-WC复式碳化物粉末的粒径为1～10μm；粘结金属的粒径为1～10μm；cBN微粉的粒径为1～22μm。

优选地，所述步骤(2)中Cr₃C₂-ZrC-WC复式碳化物粉末、cBN微粉和粘结金属的重量比为(1～3)：(85～95)：(4～12)。