烧结复合件制造技术

用在工具中的烧结的立方氮化硼（ｃＢＮ）复合件通过烧结（ｉ）立方氮化硼，（ｉｉ）铝氧化物，（ｉｉｉ）一种或更多种难熔金属化合物，以及（ｉｖ）铝和／或一种或更多种非氧化物铝化合物的混合物得到。所述的烧结体可具有足够的强度和韧性来以整体的形式，也即，非碳化物支撑的形式，用作工具材料，并且在铸铁的重型机加工中可能是有用的。

Sintered composite parts

Cubic boron nitride sintered in the tool (cBN) composites by sintering (I) cubic boron nitride, aluminum oxide (II), (III) one or more refractory metal compounds, and (IV) a mixture of aluminum and / or one or more non oxide aluminum compounds to. The sintered body may have sufficient strength and toughness to be used as a tool material in the form of an integral, i.e., non carbide support, and may be useful in heavy machining of cast irons.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文包含的描述一般涉及切削，碾磨(milling)，和/或车削(turning)工具。更特别地，所述描述一般涉及立方氮化硼(cBN)超级研磨工具(superabrasive tool)以及制造和使用它们的方法。
技术介绍
立方氮化硼(cBN)的硬度大于除了金刚石之外的所有已知材料。然而，cBN比金刚石更不易于与铁基材料(ferrous material)起反应。因此，在铁基工件的材料去除应用中它已经被广泛地使用。烧结的多晶立方氮化硼(PCBN)材料在本领域中是众所周知的并且被广泛用于铁基机加工(ferrous machining)应用中。可以把PCBN复合件(compact)分成两个宽的材料类型。第一类，其以大于或等于70％的相对高的cBN体积百分数为特征，广泛用于铸铁机加工应用。例如，全部结合到本文作为参考的美国专利号3,743,489，描述了一种坚韧的cBN烧结体，在cBN颗粒和填充粒间空间(intergranular space)的金属粘结剂之间具有直接结合(bonding)。第二类以分散在陶瓷粘结剂相中的较低的cBN体积百分数(少于70％)为特征。广泛用于硬化钢车削的这种第二类型的实施例，可以在授予Hara等人的美国专利号4,334,928中找到，该专利全部结合到本文作为参考。陶瓷粘结剂相可包括周期表的IVa和Va族金属的碳化物，氮化物，和/或硼化物。这两种类型的PCBN以固体无支撑的形式和以碳化钨支撑的形式在商业上可获得，用于制作切削工具(cutting tool)和工具镶嵌件(tool insert)。尽管现有技术的进展，一些品种的铸铁，以及特别是白口铁，对于机加工而言仍然是非常困难并且昂贵的材料。在大块的白口铁铸件的重型机加工操作中，要使用非常大的切削深度，达到或超过0.10英寸。这些极端的机加工条件需要格外坚韧和抗磨损性的工具材料。所述情形由于工具和工件之间的化学和粘附磨损机理而更加复杂化。许多铸铁包含针对cBN比铁更具反应性的元素。例如，在许多白口铁铸件中找到水平达到34重量-％的铬。这种化学磨损机理寄予了更多在工具材料上的需求。当前，固体形式的高cBN含量的PCBN是在铸铁重型机加工中所使用的PCBN材料中最成功的种类。在商业上可获得的这种材料的例子是AMB90(可从Element Six得到)。这种材料由在铝陶瓷粘结剂中的大约90体积-％的具有9μm平均颗粒大小的cBN构成。相似地，授予Wilson的美国专利号4,666,466(全部结合到本文作为参考)描述了由金属铝和cBN粉末的混合物在高压和高温条件下反应以形成具有散布在cBN颗粒间的AIN和AlB2的烧结体所制备的材料。这种方法提供了具有相对好的韧性和抗磨料磨损性的材料，但是它未充分地解决抗化学和抗粘附磨损性的要求，所述要求是在用于铸铁的重型机加工的真正最佳材料中所需求的。有许多参考文献教导了不同的方法来通过粘结剂相的改变改善高cBN含量PCBN材料的抗化学磨损性。授予Yazu等人的美国专利号4,343,651(全部结合到本文作为参考)描述了PCBN组合物，所述的PCBN组合物具有与粘结剂相烧结的80-95体积-％的粒子尺寸小于10μm的CBN和铝化合物，所述粘结剂相包含至少一种粘结剂材料，所述的粘结剂材料选自由周期表中的IVb和Vb族过渡金属的碳化物，氮化物，和碳氮化物，其混合物以及它们的固溶体化合物所组成的组；其中，基体中铝的含量是5到30重量-％，并且，其中，在基体中的粒子具有小于一微米的大小。授予Nakai等人的美国专利号4,389,465(全部结合到本文作为参考)描述了一种烧结复合件，所述烧结复合件基本上由20-80体积-％的粒子大小小于5μm的cBN组成并且剩余的部分由Al2O3组成。授予Ueda等人的美国专利号4,619,698(全部结合到本文作为参考)描述了在粘结剂相中具有75-97重量-％cBN的PCBN材料，所述粘结剂相由1到20重量％的TiC和/或TiCN以及1到20重量-％的选自由CoAl，NiAl，和(Co，Ni)Al组成的组的化合物所构成。作为更多的例子，授予Nakai等人的美国专利号4,911,756(全部结合到本文作为参考)描述了一种烧结复合件，所述烧结复合件通过烧结包含约50到75体积百分数的cBN和约25到50百分数的粘结剂的混合物来得到，所述粘结剂包含20到50重量-％的Al和4到40重量-％的钨，其余由周期表的IVa，Va和VIa族的碳化物，氮化物，和碳氮化物所构成。授予Nakai等人的美国专利号5,034,053(全部结合到本文作为参考)描述了一种PCBN材料，所述PCBN材料包含在粘结剂相中的45-75％体积-％的cBN，所述粘结剂相由5-25重量％的铝所组成，其余为至少一种由(Hf1-zMz)C所表达的化合物，其中M是选自由除了Hf之外的周期表的IVa，Va和VIa族所组成的组的元素，并且，其中满足0＜＝z＜＝0.3的条件。授予Fukaya等人的美国专利号5,041,399(全部结合到本文作为参考)描述了一种PCBN材料，所述PCBN材料通过烧结包含20-70体积-％的cBN和粘结剂粉末的粉末混合物而得到，所述粘结剂粉末包含2-20重量-％的铝，2-20重量-％的钨，其余由一种或更多种Ti化合物所形成，所述Ti化合物选自由TiNz，Ti(C，N)z，TiCz，(Ti，M)Nz，(Ti，M)(C，N)z以及(Ti，M)Cz组成的组，其中M代表过渡金属元素或除Ti之外属于周期表的IVa，Va和IVa族的任何一种的元素，并且其中z在0.1到0.4的范围内，所述粘结剂还包含以Al以及Al和Ti的化合物中的至少一种的形式的Al，以及以W，WC以及W和Ti的化合物中的至少一种的形式的W，其中所述Ti对于过渡金属元素或包括Ti的属于周期表的IVa，Va和IVa族的任何一种的金属元素的原子比(atomic ratio)为至少2/3并且不大于97/100，并且其中cBN晶体通过由在所述烧结体中的粘结剂所形成的粘合相来相互结合。授予Ueda等人的美国专利号5,328,875(全部结合到本文作为)描述了一种PCBN材料，其中cBN颗粒分散在粘结剂相里，所述粘结剂相由20-48体积-％的分解反应相组成，所述的分解反应相来源于通过cBN与Ti2-3AlC，Ti2-3AlN和Ti2-3AlCN的一种或更多种并包括氧气的反应，所述的分解反应相包括TiC，TiN，TiCN的一种或更多种以及Al2O3和AlN的一种或更多种，以及TiB2，并且其中粘合相(bonding phase)和cBN中的晶体颗粒大小小于1微米。授予Yao等人的美国专利号5,830,813(全部结合到本文作为参考)描述了一种用于制造PCBN材料的方法，所述方法包括如下步骤形成cBN晶体的混合物，选自由碳氮化钛和碳氮化钛铝组成的组的难熔材料粉末，钴源和铝源；在1100°到1250℃的温度范围内，用氨处理混合物成分的至少一部分；以及在高温，高压条件下烧结所述混合物。授予Collier等人的美国专利号6,331,497(全部结合到本文作为参考)描述了一种切削工具，所述工具包括cBN颗粒大小为10到17μm的多晶cBN和粘结剂相本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有立方氮化硼（ｃＢＮ）部分和非ｃＢＮ部分的复合件，所述复合件包括：（ａ）约７１到约９３体积－％之间的ｃＢＮ；（ｂ）约１到约２０体积－％之间的铝氧化物；（ｃ）约３到约２６体积－％之间的一种或更多种难熔金属化合物，所述 难熔金属化合物选自由如下所组成的组：ｉ．具有通式ＭＺ↓［（１－ｘ）］的化合物；ｉｉ．具有通式ＭＣ↓［（１－ｘ）］Ｎ↓［ｘ］的化合物；以及ｉｉｉ．两种或更多种化合物的组合或固溶体，所述化合物的每一种都具有通式ＭＺ或ＭＺ ↓［２］；其中：Ｚ选自由Ｃ，Ｂ，Ｎ和其组合所组成的组，Ｍ是来自周期表的Ⅳ－Ⅵ族的任何一个的金属，并且ｘ是０．０１到０．９９之间的数；以及（ｄ）约３到约２０体积－％之间的一种或多种非氧化物铝化合物源；其中所述烧 结复合件的非ｃＢＮ部分中的铝的含量超过约３０重量－％。

【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：拉杰夫帕卡拉帕提，小詹姆斯麦克黑尔，
申请(专利权)人：戴蒙得创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]