The invention provides a boron skin nitrogen core nano-polycrystalline material, a preparation method thereof and a superhard cutting tool. The boron skin-nitrogen core nano-polycrystalline material includes core, grain boundary layer and shell, core includes nitrogen-doped polycrystalline diamond, grain boundary layer includes B-C-N solid solution and shell includes B-C alloy. The preparation method of boron-coated nitrogen core nano-polycrystalline material includes the following steps: nitrogen-doped carbon powder or/and nitrogen-doped diamond powder are filled into boron-containing carbon nanotubes by wet mixing under ultrasonic conditions to obtain filler, the filler is treated in vacuum, and then pre-pressed to obtain green body; boron-coated nitrogen core nano-polycrystalline material is obtained by sintering solid solution strengthening of green body. The nano-polycrystalline material with boron skin and nitrogen core can solve the technical problems of low hardness of boron nitride and graphitization of diamond grinding in the existing technology, and achieve the effect of improving thermal stability, chemical inertia and wear resistance. Its hardness is higher than that of diamond, so it can be used to prepare superhard cutting tools.
【技术实现步骤摘要】
硼皮氮芯纳米聚晶材料、其制备方法及超硬刀具
本专利技术涉及超硬质材料
,具体而言,涉及一种硼皮氮芯纳米聚晶材料、其制备方法及超硬刀具。
技术介绍
现有技术中,通常使用单独的金刚石或者单独的氮化硼(PCBN,PolycrystallineCubicBoronNitride)作为超硬刀具切削材料。在实现本专利技术的过程中,专利技术人发现现有技术知识存在如下问题:金刚石在对硬质材料进行磨削时容易石墨化,而氮化硼的硬度较金刚石的低,对于高硬度的材料进行切削的效果不好。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种硼皮氮芯纳米聚晶材料、其制备方法及超硬刀具,形成内核、晶界层和外壳结构,达到热稳定性提高,化学惰性和耐磨损性能增强的效果,其硬度高于金刚石。第一方面,本专利技术实施例提供硼皮氮芯纳米聚晶材料,包括内核、晶界层和外壳,内核包括氮掺杂的聚晶金刚石,晶界层包括B-C-N固溶体,外壳包括B-C合金。由于形成了超硬B-C合金外壳结构和氮掺杂的聚晶金刚石内核骨架以及B-C-N固溶体晶界层结构,在进行金属切削或者磨削的过程中,外壳的B-C合金层与金属材料接触,避免聚晶金刚石发生石墨化,且由于聚晶金刚石内掺杂了氮,氮与碳原子层之间形成强共价键合连接,且内核与外壳的晶界之间形成了三维网状、高原子密度、强共价键的B-C-N固溶体连接,增强了硼皮氮芯纳米聚晶材料的化学惰性和耐磨损性能,热稳定性提高,其硬度高于金刚石。结合第一方面,在一种可能的实现方式中,氮掺杂的聚晶金刚石的氮原子和碳原子在内核形成C-N强共价键合的金刚石骨架结构,外层形成B-C强共价键合的超硬合金层,晶界 ...
【技术保护点】
1.一种硼皮氮芯纳米聚晶材料,其特征在于,包括内核、晶界层和外壳,所述内核包括氮掺杂的聚晶金刚石,所述晶界层包括B‑C‑N固溶体,所述外壳包括B‑C合金。
【技术特征摘要】
1.一种硼皮氮芯纳米聚晶材料,其特征在于,包括内核、晶界层和外壳,所述内核包括氮掺杂的聚晶金刚石,所述晶界层包括B-C-N固溶体,所述外壳包括B-C合金。2.根据权利要求1所述的材料,其特征在于,所述氮掺杂的聚晶金刚石的氮原子和碳原子在内核形成C-N强共价键合的金刚石骨架结构,所述外层形成B-C强共价键合的超硬合金层,所述晶界层形成三维网状、强共价键的B-C-N固溶体致密结构。3.一种权利要求1或2所述的硼皮氮芯纳米聚晶材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将氮掺杂的碳粉体或/和者氮掺杂的金刚石粉体通过湿混在超声条件下填充进入含硼碳纳米管内得到填充物,将所述填充物在真空的条件下处理,再预压成型得到坯体;将所述坯体烧结固溶强化得到硼皮氮芯纳米聚晶材料。4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述将氮掺杂的碳粉体或/和氮掺杂的金刚石粉体通过湿混在超声条件下填充进入含硼碳纳米管得到填充物,包括:将2-8重量份的所述氮掺杂的碳粉体或/和氮掺杂的金刚石粉体与2-8重量份的所述含硼碳纳米管混合得到混...
【专利技术属性】
技术研发人员:王培,赵予生,邹永涛,王善民,王李平,
申请(专利权)人:南方科技大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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