一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚晶立方氮化硼刀具材料领域，公开一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法。由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体30~95%、结合剂5~70%；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉2~40%、0<氧化锆≤20%、0<镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比；组成b：金属粉1~10%、硅粉1~30%、0<氧化锆≤20%、0<镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉为Ti粉、Al粉中的一种或两种的混合物；SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比。本发明专利技术制备的PCBN硬度高，高温性能优良。

A polycrystalline cubic boron nitride tool material and its preparation method

The invention belongs to the field of polycrystalline cubic boron nitride cutting tool material, and discloses a polycrystalline cubic boron nitride cutting tool material and a preparation method. Prepared by the following raw materials in percentage by weight: cubic boron nitride powder 30~95%, 5~70% bond; the weight percentage of binder is composed of the following components or a form B; 2~40%, 0<: a silica; zirconia is less than or equal to 20%, 0< ytterbium aluminum garnet or ytterbium oxide is less than 5%, the rest is SiC powder and Si3N4 powder; among them, SiC powder and Si3N4 powder as arbitrary ratio; B: 1~10%, 1~30%, silicon metal powder 0< = 20%, 0< zirconia; ytterbium aluminum garnet or ytterbium oxide is less than 5%, the rest is SiC powder and Si3N4 powder; wherein, the metal powder or a mixture of two kinds of Ti powder, Al powder; SiC powder and Si3N4 powder as arbitrary ratio. The PCBN prepared by the invention has high hardness and excellent high temperature performance.

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法
本专利技术属于聚晶立方氮化硼刀具材料领域，具体涉及一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法。
技术介绍
立方氮化硼刀具材料具有高的硬度和耐磨性、稳定的化学性能、高的抗氧化温度，特别适合加工金刚石刀具无法加工的铁基合金材料，因而具有巨大的市场潜力。近年来高速切削和无润滑油切削的提出和应用，使得对刀具材料的高温性能有着更高的要求。国内生产的立方氮化硼刀具材料性能较低，难以满足使用要求，高性能的立方氮化硼刀具材料主要依赖进口。因而开发高性能的立方氮化硼刀具材料具有重要的意义。
技术实现思路
为提高聚晶立方氮化硼的高温稳定性和力学性能，本专利技术的目的旨在提供一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种聚晶立方氮化硼刀具材料，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体30~95%、结合剂5~70%；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉2~40%、0&lt;氧化锆≤20%、0&lt;镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比；组成b：金属粉1~10%、硅粉1~30%、0&lt;氧化锆≤20%、0&lt;镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉为Ti粉、Al粉中的一种或两种的混合物；SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比。较好地，立方氮化硼粉体粒度为0.1~100μm，更优选0.5~15μm。最佳地，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体70%、结合剂30%；所述立方氮化硼粉体粒度为1~8μm；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉10%、氧化锆5%、镱铝石榴石或者氧化镱0.5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉的重量比为7∶3；组成b：金属粉3%、硅粉7%、氧化锆5%、镱铝石榴石或者氧化镱0.5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉为Ti粉；SiC粉和Si3N4粉的重量比为7∶3。所述聚晶立方氮化硼刀具材料的制备方法，包括以下步骤：①立方氮化硼粉体处理：将立方氮化硼粉体用10~20mol/L氢氟酸进行酸洗处理2~4h，将酸洗过的立方氮化硼粉体离心分离，先水洗再用无水乙醇醇洗，然后真空干燥；②混料：将结合剂与步骤①处理后的立方氮化硼粉体采用干混法混合，或采用湿混法混合，湿混之后进行干燥处理；③采用下述三种烧结方法中的一种来制备聚晶立方氮化硼刀具材料：高温高压法：将步骤②中混好的粉料装入叶腊石模具中，然后在200~400℃的条件下真空干燥20~40min；然后将叶腊石模具放入六面顶压机内，在温度为1200~1700℃、压力为4.5~7.5GPa的条件下烧结10~30min；高温低压法：将步骤②中混好的粉料装入石墨模具中，然后将石墨模具放入热压炉内，惰性气氛下在温度为1200~1600℃、压力15~50MPa的条件下烧结10~50min；放电等离子体快速烧结法：将步骤②中混好的粉料装入石墨模具中，采用放电等离子体快速烧结法，真空或惰性气氛条件下在1200~1500℃烧结1~30min。较好地，步骤①中，所述真空干燥为真空干燥箱内40~80℃干燥8~12h。较好地，步骤③之c中，真空压力&lt;10Pa。较好地，步骤②为：将结合剂与步骤①处理后的立方氮化硼粉体在二维球磨机内采用湿混法混合均匀，或者在三维混料机内采用干混法或湿混法混合均匀；湿混时加入酒精或水，湿混之后进行干燥处理。较好地，在二维球磨机内进行混合时，结合剂与立方氮化硼粉体的总重量与磨球重量比为1∶(1~3)，混料时间为4~8h。较好地，步骤②中，湿混之后，放于干燥箱内100~140℃干燥4~24h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术制备的PCBN硬度高，高温性能优良；2、烧结过程可控性强：采用高温高压法制备的聚晶立方氮化硼硬度较高；采用高温低压法和放电等离子体快速烧结法制备聚晶立方氮化硼时，生产效率高，且具有一定的硬度；3、通过调整原料立方氮化硼粉体的粒度以及立方氮化硼粉体与结合剂的配比，可以很方便地控制聚晶立方氮化硼刀具材料的最终性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步解释说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1一种聚晶立方氮化硼刀具材料，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体70%、结合剂30%；所述立方氮化硼粉体粒度为1~8μm；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉10%、氧化锆5%、镱铝石榴石0.5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉的重量比为7∶3；组成b：金属粉3%、硅粉7%、氧化锆5%、镱铝石榴石0.5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉全部为Ti粉；SiC粉和Si3N4粉的重量比为7∶3。制备方法，包括以下步骤：①立方氮化硼粉体处理：将立方氮化硼粉体用15mol/L氢氟酸进行酸洗处理4h，将酸洗过的立方氮化硼粉体离心分离，先水洗再用无水乙醇醇洗，然后真空干燥箱内80℃干燥8h；②混料：将结合剂与步骤①处理后的立方氮化硼粉体在二维球磨机内加入去离子水采用湿混法混合均匀，结合剂与立方氮化硼粉体的总重量与磨球重量比为1∶1，混料时间为6h，湿混之后放于干燥箱内120℃干燥8h；③采用下述高温高压法制备聚晶立方氮化硼刀具材料：将步骤②中混好的粉料装入叶腊石模具中，然后在300℃的条件下真空干燥30min；然后将叶腊石模具放入六面顶压机内，在温度为1400℃、压力为5GPa的条件下烧结15min。实施例2一种聚晶立方氮化硼刀具材料，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体90%、结合剂10%；所述立方氮化硼粉体粒度为8~15μm；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉15%，氧化锆10%、镱铝石榴石1%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉的重量比为3∶7；组成b：金属粉3%、硅粉12%、氧化锆10%、镱铝石榴石1%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉一半为Ti粉，一半为Al粉；SiC粉和Si3N4粉的重量比为3∶7。制备方法同实施例1。实施例3一种聚晶立方氮化硼刀具材料，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体80%、结合剂20%；所述立方氮化硼粉体粒度为1~8μm；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉3%、氧化锆20%、镱铝石榴石5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉的重量比为5∶5；组成b：金属粉1%、硅粉2%、氧化锆20%、镱铝石榴石5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉全部为Al粉；SiC粉和Si3N4粉的重量比为5∶5。制备方法同实施例1。实施例4一种聚晶立方氮化硼刀具材料，原料的重量百分比组成同实施例1。制备方法，包括以下步骤：①立方氮化硼粉体处理：将立方氮化硼粉体用15mol/L氢氟酸进行酸洗处理4h，将酸洗过的立方氮化硼粉体离心分离，先水洗再用无水乙醇醇洗，然后真空干燥箱内80℃干燥8h；②混料：将结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚晶立方氮化硼刀具材料，其特征在于，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体30~95%、结合剂5~70%；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉2~40%、0<氧化锆≤20%、0<镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比；组成b：金属粉1~10%、硅粉 1~30%、0<氧化锆≤20%、0<镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉为Ti粉、Al粉中的一种或两种的混合物；SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶立方氮化硼刀具材料，其特征在于，由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体30~95%、结合剂5~70%；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉2~40%、0&lt;氧化锆≤20%、0&lt;镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比；组成b：金属粉1~10%、硅粉1~30%、0&lt;氧化锆≤20%、0&lt;镱铝石榴石或者氧化镱≤5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉为Ti粉、Al粉中的一种或两种的混合物；SiC粉和Si3N4粉为任意重量配比。2.如权利要求1所述的聚晶立方氮化硼刀具材料，其特征在于：立方氮化硼粉体粒度为0.1~100μm。3.如权利要求2所述的聚晶立方氮化硼刀具材料，其特征在于：立方氮化硼粉体粒度为0.5~15μm。4.如权利要求3所述的聚晶立方氮化硼刀具材料，其特征在于：由下述重量百分比的原料制成：立方氮化硼粉体70%、结合剂30%；所述立方氮化硼粉体粒度为1~8μm；所述结合剂的重量百分比组成为下述的组成a或组成b；组成a：硅粉10%、氧化锆5%、镱铝石榴石或者氧化镱0.5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，SiC粉和Si3N4粉的重量比为7∶3；组成b：金属粉3%、硅粉7%、氧化锆5%、镱铝石榴石或者氧化镱0.5%，余量为SiC粉和Si3N4粉；其中，所述金属粉为Ti粉；SiC粉和Si3N4粉的重量比为7∶3。5.一种如权利要求1~4之任一项所述聚晶立方氮化硼刀具材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：①立方氮化硼粉体处理：将立方氮化硼粉体用10~20mol/L氢氟酸进行酸洗处理2...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁云鹏，张锐，高卡，樊磊，郭晓琴，刘军威，王海龙，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：河南,41