本发明专利技术提供一种结合剂、聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法，该结合剂包括金属铝、二氧化硅、碳氮化锆、二硼化钛和氮化钛，其中，金属铝和二氧化硅在烧结过程中发生反应形成氧化铝和硅单质，氧化铝的熔点远高于金属铝，硅单质又具有良好的导热性，如此，该结合剂可以有效克服金属结合剂和陶瓷结合剂的缺点，用于制备聚晶立方氮化硼烧结体过程中，可以有效提高刀具的硬度、韧性及导热性能，具有广阔的适应性。
A binder, polycrystalline cubic boron nitride sinter and its preparation method
The invention provides a binder, a polycrystalline cubic boron nitride sintering body and a preparation method thereof. The binder includes metal aluminium, silicon dioxide, zirconium carbonitride, titanium diboride and titanium nitride. Among them, aluminium oxide and silicon dioxide react in the sintering process to form alumina and silicon monomer. The melting point of alumina is much higher than that of metal aluminium, and the silicon monomer has good thermal conductivity. The bond can overcome the shortcomings of metal bond and ceramic bond. It can be used to prepare polycrystalline cubic boron nitride sintering body. It can effectively improve the hardness, toughness and thermal conductivity of the tool, and has wide adaptability.
【技术实现步骤摘要】
一种结合剂、聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法
本专利技术属于超硬材料领域，具体地，涉及一种结合剂、聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法。
技术介绍
聚晶立方氮化硼是立方氮化硼颗粒和一定比例的结合剂在高温高压下烧结而成的。结合剂在合成聚晶立方氮化硼的过程中起着重要的作用，加入适量的结合剂可以降低烧结温度和压力，并能改善烧结体的性能。聚晶立方氮化硼结合剂主要有金属结合剂和陶瓷结合剂。其中，金属结合剂通常在700～800℃就会软化，会导致聚晶立方氮化硼的耐磨性下降。陶瓷结合剂具有较高的耐高温磨损和较强的抗化学磨损优点，但陶瓷在高温时导热性差，使切削温度集中在被加工材料上，使之软化。因此，开发一种结合剂克服金属结合剂的软化问题和陶瓷结合剂的导热问题具有重要的现实意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种结合剂、聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法，以解决上述问题。具体地，本专利技术采取如下技术方案：一种结合剂，它包括以下质量份的组分：金属铝(Al)2～5份、二氧化硅(SiO2)18～42份、碳氮化锆(ZrCN)20～30份、二硼化钛(TiB2)20～30份和氮化钛(TiN)3～7份。基于上述结合剂，它还包括以下质量份的组分：金属镁(Mg)3～7份。基于上述结合剂，它还包括以下质量份的组分：石墨烯微粉0.5～2份，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。基于上述结合剂，它的平均粒径为200～300nm。一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼64～75份和上述的结合剂25～36份。基于上述，所述立方氮化硼的平均粒径为3～10μm。一种上述的聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；在60～100MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；将所述坯体在4～6.5GPa、1200～1500℃条件下烧结5～10min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼烧结体。与现有技术相比，本专利技术具有突出的实质性特点和显著进步。具体的说，本专利技术提供的所述结合剂在烧结过程中，金属铝起到金属结合剂的作用，烧结温度逐渐上升，金属铝与二氧化硅发生反应形成氧化铝和硅单质，氧化铝和硅单质的熔点都远高于金属铝，可以有效避免金属结合剂的软点效应；进一步，所述结合剂还包括金属镁和石墨烯，烧结过程中金属镁和二氧化硅发生反应形成氧化镁和硅单质，而且氧化铝、氧化镁和结合剂中的陶瓷组分碳氮化锆、二硼化钛和氮化钛共同作用，使聚晶立方氮化硼具有良好的硬度和韧性，同时，硅单质和石墨烯微粉还可以有效提高聚晶立方氮化硼的导热性。另外，本专利技术还提供一种聚晶立方氮化硼烧结体及其制备方法，采用上述结合剂和立方氮化硼混合制备聚晶立方氮化硼烧结体，经检测，所述聚晶立方氮化硼烧结体的硬度为3236～3435Hv，冲击次数为40～46，导热系数为117～142W/(m·K)。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种结合剂，它的平均粒径为300nm，由以下质量份的组分构成：金属铝5份、二氧化硅42份、碳氮化锆30份、二硼化钛26份和氮化钛7份。本实施例提供一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼64份和所述结合剂36份，其中，所述立方氮化硼的平均粒径为10μm。本实施例提供该聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；在60MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；将所述坯体在4GPa、1200℃条件下烧结10min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼烧结体。实施例2本实施例提供一种结合剂，它的平均粒径为267nm，由以下质量份的组分构成：金属铝2份、二氧化硅18份、碳氮化锆20份、二硼化钛20份、氮化钛5份、金属镁7份和石墨烯微粉1份；其中，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。本实施例提供一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼68份和所述结合剂32份；其中，所述立方氮化硼的平均粒径为7μm。本实施例提供该聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；在80MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；将所述坯体在5.2GPa、1400℃条件下烧结7min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼烧结体。实施例3本实施例提供一种结合剂，它的平均粒径为200nm，由以下质量份的组分构成：金属铝3份、二氧化硅25份、碳氮化锆25份、二硼化钛20份、氮化钛3份、金属镁3份和石墨烯微粉2份；其中，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。本实施例提供一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼70份和所述结合剂30份；其中，所述立方氮化硼的平均粒径为3μm。本实施例提供该聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；在100MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；将所述坯体在6.5GPa、1500℃条件下烧结5min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼烧结体。实施例4本实施例提供一种结合剂，它的平均粒径为224nm，由以下质量份的组分构成：金属铝3份、二氧化硅30份、碳氮化锆26份、二硼化钛22份、氮化钛7份、金属镁4份和石墨烯微粉0.5份；其中，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。本实施例提供一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼72份和所述结合剂28份；其中，所述立方氮化硼的平均粒径为5μm。本实施例提供该聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；在65MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；将所述坯体在5.5GPa、1500℃条件下烧结7min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼烧结体。实施例5本实施例提供一种结合剂，它的平均粒径为256nm，由以下质量份的组分构成：金属铝4份、二氧化硅35份、碳氮化锆26份、二硼化钛26份、氮化钛7份、金属镁5份和石墨烯微粉1份；其中，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。本实施例提供一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼75份和所述结合剂28份；其中，所述立方氮化硼的平均粒径为8μm。本实施例提供该聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料；在89MPa条件下，将所述混合物料压制成坯，得到坯体；将所述坯体在4.8GPa、1450℃条件下烧结5min，取出，得到所述聚晶立方氮化硼烧结体。实施例6本实施例提供一种结合剂，它的平均粒径为289nm，由以下质量份的组分构成：金属铝4份、二氧化硅42份、碳氮化锆21份、二硼化钛30份、氮化钛3份、金属镁6份和石墨烯微粉1.5份；其中，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。本实施例提供一种聚晶立方氮化硼烧结体，它包括以下质量份的原料：立方氮化硼73份和所述结合剂27份；其中，所述立方氮化硼的平均粒径为6μm。本实施例提供该聚晶立方氮化硼烧结体的制备方法，其包括以下步骤：将所述结合剂、所述立方氮化硼混合均匀，制得混合物料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1. 一种结合剂，其特征在于，它包括以下质量份的组分：金属铝 2～5份、二氧化硅 18～42份、碳氮化锆 20～30份、二硼化钛 20～30份和氮化钛 3～7份。
【技术特征摘要】
1.一种结合剂，其特征在于，它包括以下质量份的组分：金属铝2～5份、二氧化硅18～42份、碳氮化锆20～30份、二硼化钛20～30份和氮化钛3～7份。2.根据权利要求1所述的结合剂，其特征在于，它还包括以下质量份的组分：金属镁3～7份。3.根据权利要求2所述的结合剂，其特征在于，它还包括以下质量份的组分：石墨烯微粉0.5～2份，所述石墨烯微粉的粒径为20～40nm。4.根据权利要求1～3任一项所述的结合剂，其特征在于，它的平均粒径为200～300nm。5.一种聚晶立方氮化硼烧结体，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽娜，周青，
申请(专利权)人：河南海纳德新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41
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