立方氮化硼压块制造技术

本发明专利技术涉及用于制备ＣＢＮ压块的组合物，其包含约４５％－约７５体积％的ＣＢＮ，其中该ＣＢＮ由一种以上平均粒度的、优选双峰的颗粒组成；第二硬质相，其包括含有第４、５或６族过渡金属的氮化物、碳氮化物或碳化物的化合物或其混合物或固溶体；和粘合剂相。

Cubic boron nitride block

The invention relates to a method for preparing a composition CBN block, comprising about 45% to about 75 volume percent of CBN, which consists of the optimization of Shuangfeng CBN by more than one average particle size and particle; second hard phase, which contains fourth, fifth or 6 transition metal nitride, carbon nitride or carbide compounds or the mixture or solid solution; and the binder phase.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于制造立方氮化硼磨料压块的组合物，具体地涉及具有增强的抗磨性和增强的抗碎裂性的压块。氮化硼通常以三种晶体形式存在，即立方氮化硼(CBN)、六方氮化硼(hBN)和纤锌矿型(wurtzitic)立方氮化硼(wBN)。立方氮化硼为结构类似于金刚石的氮化硼的硬质闪锌矿形式。在CBN结构中，原子之间形成的键是坚固的，主要为共价四面体键。制备CBN的方法是本领域众所周知的。一种方法是，在特定催化添加剂材料(其可以包括碱金属、碱土金属、铅、锡和这些金属的氮化物)的存在下，使hBN经受极高压力和温度。在温度和压力降低时，可以回收到CBN。CBN在加工工具(tool)等中具有广泛的商业应用。其可以用作砂轮、切削工具等中的磨粒，或者采用常规电镀技术将其粘结于工具体以形成工具插件。CBN也可以以粘结形式用作CBN压块。CBN压块趋于具有良好的磨损性，是热稳定的，具有高导热性，良好的抗冲性和与含铁的金属接触时具有低的摩擦系数。金刚石是硬度高于CBN的唯一已知材料。但是，由于金刚石趋于与一些材料如铁反应，其不能用于与含铁的金属一起使用，由此此时优选使用CBN。CBN压块包括CBN颗粒的烧结物质。当CBN含量大于该压块的80体积％时，存在大量的CBN-CBN接触和粘结。当CBN含量较低，例如范围在该压块的40-60体积％，那么直接的CBN-CBN接触和粘结的程度较低。CBN压块将通常也含有粘合剂相，例如铝、硅、钴、镍、和钛。当压块的CBN含量小于70体积％时，通常存在另一硬质相，即第二相，其可以是陶瓷质的。适宜的陶瓷硬质相的实例为第4、5或6族过渡金属(依据新的IUPAC形式)的碳化物、氮化物、硼化物和碳氮化物，氧化铝，和碳化物如碳化钨及其混合物。该基质构成组合物中除CBN之外的全部组分。CBN压块可以在形成工具插件或工具时直接粘结于工具体。但是，对于许多应用，优选地将该压块粘结于基体/载体材料，形成负载的压块结构，随后将该负载的压块结构粘结于工具体。该基体/载体材料通常为硬质金属碳化物，其与粘合剂如钴、镍、铁或其混合物或合金粘结在一起。金属碳化物颗粒可以包括钨、钛或钽碳化物颗粒或其混合物。制造CBN压块和负载的压块结构的已知方法包括，使CBN颗粒的未烧结物质经受高温和高压条件(即CBN在结晶学上稳定的条件)适当的时间段。可以利用粘合剂相增强颗粒的粘结。所用的典型高温高压(HTHP)条件为1100℃或更高的温度和2GPa或更高数量级的压力。保持这些条件的时间段通常为约3-120分钟。烧结的CBN压块，具有或者不具有基体，经常被切割为期望的尺寸和/或待用的特定切削或钻孔工具的形状，并随后利用钎焊技术将其安装在工具体上。CBN压块广泛地应用于制造用于硬化钢精加工的切削工具，如容器硬化钢、滚珠钢和通过硬化的工程钢。除了使用条件之外，如切削速度、切削的进送和深度，通常已知CBN工具的性能取决于加工件的几何形状，且特别地，是否该工具长期不变地接合于加工件，本领域公知为“连续切削”，或者是否该工具以断续方式接合于加工件，本领域通常公知为“断续切削”。依据加工件几何形状，通常CBN工具在加工循环之内同时经历连续的和断续的切削，另外，连续/断续切削比例在该领域中大大地变化。在对该领域广泛研究之后发现，这些不同模式的切削对构成工具切削边的CBN材料产生非常不同的需求。主要问题是，工具趋于由于破裂或碎裂而灾难性地失效，其由于市场中对于通过增加切削速度的更高产能的日益增加的需求而加剧，由此工具的工具寿命有限。US 6,316,094公开了CBN烧结体，其中单一平均粒度的CBN颗粒通过粘结相粘结。将粉状组合物烧结制得烧结体。该粉状组合物是采用各种混合方法如超声混合和砂磨粉碎制备的。砂磨粉碎显示为最差的混合方法。US 4,334,928公开了包含CBN颗粒和各种含钛化合物的氮化硼烧结压块。典型地将含钛化合物预反应并且形成为烧结压块，随后压碎。该CBN压块进一步含有单一平均粒度的CBN。烧结过程中采用较低温度来制备该CBN压块。专利技术概述依据本专利技术的第一方面，提供了用于制备CBN压块的组合物，其包含约45％-约75体积％的CBN，典型地为45-70体积％，其中该CBN由一种以上平均粒度的颗粒组成；第二硬质相，其包括含有第4、5或6族过渡金属的氮化物、碳氮化物或碳化物的化合物或者其固溶体或混合物；和粘合剂相；其中，典型地，粘合剂相的存在量为第二硬质相的约5-30wt％。组合物中存在的CBN的体积为约50-65％。该CBN的平均粒度通常小于10μm且优选地小于5μm。该CBN优选地为双峰的，即，其由具有两种平均粒度的颗粒组成。较细颗粒的平均粒度范围通常为约0.1-约2μm，且较粗颗粒的平均粒度范围通常为约0.3-约5μm。较粗CBN颗粒与较细颗粒的含量比例典型地为50∶50-90∶10。本专利技术的组合物含有CBN、第二硬质相和粘合剂相，也可以含有少量的其它附带的杂质，包括氧化物相。特别是在该组合物用碳化钨球研磨时，可能存在作为颗粒生长抑制剂的碳化钨。碳化钨存在时，通常不超过3体积％。氮化物、碳氮化物或碳化物的金属为第4、5或6族过渡金属，优选为钛。粘合剂相优选地由铝和任选的一种或多种其它元素组成，所述其它元素选自硅、铁、镍、钴、钛、钨、铌和钼，其可以与铝形成合金、混合或形成固溶体。但是可以使用其它粘合剂相。第二硬质相可以是亚化学计量的。此时，可以将其与粘合剂相如铝预先反应。这样将获得化学计量的第二硬质相、过渡金属铝化物和任意未反应的粘合剂相的反应产物。上述组合物优选地通过一种方法来制备，该方法包括最优化的粉末加工如砂磨粉碎(attrition milling)和特别地两阶段砂磨粉碎；第一阶段研磨用于第二硬质相颗粒和粘合剂相的破裂，和随后，第二阶段砂磨粉碎用于CBN和其它基质材料的均匀混合。由此，可以使该组合物经受热处理以使组合物的污染物最小化。依据本专利技术的第二方面，制备CBN压块的方法包括使上述组合物经受适于制备CBN压块的高温和高压的条件。该条件为CBN在结晶学上稳定的那些且是本领域公知的。在施加高温和高压条件之前，可以将该组合物置于基体表面上。该基体通常为硬质金属碳化物基体。依据本专利技术的另一方面，提供了CBN压块，其包括CBN和基质相，其中CBN粒度体积频数分布具有1微米或更大的表示为d90-d10的分布差值(distribution spread)，且d90最大值为5微米或更小、优选为3.5微米或更小、更优选为2.5微米或更小。该基质相优选地含有如上所述的第二硬质相和粘合剂相，以及第二硬质相、粘合剂相和CBN之间的任意反应产物。粘合剂相的存在量通常为该基质中第二硬质相的约5-30wt％。优选实施方案的详细说明本专利技术涉及CBN磨料压块的制造。用于制备CBN磨料压块的组合物或起始材料包括CBN，其由一种以上平均粒度的颗粒组成；第二硬质相，其将包括第4、5或6族化合物，包括氮化物、碳氮化物或碳化物，或其混合物或固溶体；和粘合剂相。该第二硬质相通常由第4、5或6族化合物组成，包括氮化物、碳氮化物或碳化物或其混合物或固溶体。该组合物可以含有其它微量组分，如氧化铝或碳化钨，和其它附带的杂质如Nb、Ta或Mo。特别是在该组合物用碳化钨球本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备ＣＢＮ压块的组合物，其包含：　　　　约４５％－约７５体积％的ＣＢＮ，其中该ＣＢＮ由具有一种以上平均粒度的颗粒组成；　　　　第二硬质相，其包括含有第４、５或６族过渡金属的氮化物、碳氮化物或碳化物的化合物或其混合物或固溶体；和　　　　粘合剂相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N卡恩，SA安德森，
申请(专利权)人：六号元素产品控股公司，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]