多晶立方氮化硼体制造技术

提供半透明的多晶立方氮化硼体。它包含不大于2重量％六方氮化硼晶粒并具有在1064nm的波长下小于100cm

Polycrystalline cubic boron nitride

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶立方氮化硼体专利
本专利技术涉及多晶立方氮化硼体领域和制备多晶立方氮化硼体的方法。专利技术背景多晶超硬材料例如多晶金刚石(PCD)和多晶立方氮化硼(PcBN)可使用在各种各样的工具中用于切削、机加工、钻孔或降解硬或研磨材料例如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含有木材的材料。在切削、碾磨、研磨、钻孔和其它磨蚀操作中广泛使用磨料压块。它们通常含有分散在第二相基体中的超硬磨料颗粒。基体可为金属性或陶瓷的或金属陶瓷。超硬磨料颗粒可为金刚石、立方氮化硼(cBN)、碳化硅或氮化硅等。这些颗粒可在高压和高温压实制造工艺过程中彼此结合从而形成多晶物质，或者可通过一种(或多种)第二相材料的基体结合以形成烧结多晶体。这样的物体通常已知为多晶金刚石或多晶立方氮化硼，其中它们分别含有金刚石或cBN作为超硬磨料。金刚石和立方氮化硼磨料压块的实例描述于美国专利号3,745,623和5,328,875中。美国专利号4,334,928描述用于在工具中使用的烧结压块，其基本上由20-80体积％的立方氮化硼和余量的至少一种粘合剂化合物材料的基体构成，所述粘合剂化合物材料选自以下组：周期表IVa或Va过渡金属的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和硅化物、它们的混合物和它们的固溶化合物。在高压氮化硼夹杂在连续基体内的烧结体中基体形成连续结合的结构。在这个文献中概述的方法都包括使用机械碾磨/混合技术例如球磨、研钵等来组合所需的材料。多晶超硬材料例如多晶金刚石(PCD)和PcBN可使用在各种各样的工具中用于切削、机加工、钻孔或降解硬或研磨材料例如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含有木材的材料。烧结多晶体可被用作工具插入件以形成磨蚀或切削边缘。PCD相对于含铁材料不是化学稳定的。这意味着PCD不可用于机加工含铁材料例如钢。在这种情况下，通常使用PcBN代替PCD。然而，PcBN不如PCD硬或耐磨损，主要因为它由除cBN之外的基体相构成。因此期望总体减小或消除该基体相。已经报道了在没有粘合剂的情况下制备的PcBN。例如，CN104774591A描述通过六方氮化硼(hBN)的高压高温(HPHT)处理以实现hBN至不含有粘合剂相的PcBN体的转化而制备的无粘合剂PcBN磨料。JP2004200278描述了使用9.5GPa的压力和1700-1900℃的温度制备的无粘合剂PcBN。非常高的压力意味着难以将这种产品规模化到商业方法，并且仅可制备非常小的样品。已经证明了非常难以制造足够大件的这种PcBN体以形成可用的工具插入件。专利技术概述目的是提供基本上由cBN构成而没有粘合剂相的PcBN体。根据第一方面，提供了半透明的多晶立方氮化硼体，其包含：多晶立方氮化硼晶粒；不大于2重量％六方氮化硼晶粒；在1064nm的波长下小于100cm-1的吸收系数。任选地，多晶立方氮化硼体具有在1064nm的波长下在5和100cm-1之间，任选地在1064nm的波长下在10和100cm-1之间，和任选地在1064nm的波长下在20和100cm-1之间的吸收系数。作为选择，至少50％的立方氮化硼晶粒是孪晶的。多晶立方氮化硼体任选地为盘状并具有选自10mm和25mm之间的直径和选自4mm至25mm的高度。这些尺寸为该物体开辟了一系列实际应用，特别是在机加工领域中。作为选择，多晶立方氮化硼体具有选自12mm和16mm之间的直径和选自8mm至12mm的高度。多晶立方氮化硼体任选地由多晶立方氮化硼晶粒和不大于2重量％六方氮化硼晶粒构成。多晶立方氮化硼体任选地包括以下任何：不大于1.5重量％六方氮化硼晶粒，不大于1.0重量％六方氮化硼晶粒，不大于0.5重量％六方氮化硼晶粒，不大于0.2重量％六方氮化硼晶粒，和不大于0.1重量％六方氮化硼晶粒。作为选择，多晶立方氮化硼体具有以下任何：在1kg载荷下大于3800HK1的努普硬度，在1kg载荷下大于4000HK1的努普硬度，大于35GPa的维氏硬度，大于40GPa的维氏硬度，大于45GPa的维氏硬度，和大于50GPa的维氏硬度。作为选择，多晶立方氮化硼体具有以下任何：在700nm的波长下小于100cm-1的吸收系数，和在500nm的波长下小于150cm-1的吸收系数。作为选择，多晶立方氮化硼体具有以下任何：在1064nm的波长下小于50cm-1的吸收系数，和在1064nm的波长下小于30cm-1的吸收系数。根据第二方面，提供了半透明的多晶立方氮化硼体，其包含：多晶立方氮化硼晶粒；不大于2重量％六方氮化硼晶粒；在350nm的波长下小于100cm-1的吸收系数。任选地，多晶立方氮化硼体具有在350nm的波长下在5和100cm-1之间，任选地在350nm的波长下在10和100cm-1之间，和任选地在350nm的波长下在20和100cm-1之间的吸收系数。作为选择，至少50％的立方氮化硼晶粒是孪晶的。多晶立方氮化硼体任选地为盘状并具有选自10mm和25mm之间的直径和选自4mm至25mm的高度。作为选择，多晶立方氮化硼体具有选自12mm和16mm之间的直径和选自8mm至12mm的高度。作为选择，多晶立方氮化硼体由多晶立方氮化硼晶粒和不大于2重量％六方氮化硼晶粒构成。多晶立方氮化硼体任选地包括以下任何：不大于1.5重量％六方氮化硼晶粒，不大于1.0重量％六方氮化硼晶粒，不大于0.5重量％六方氮化硼晶粒，不大于0.2重量％六方氮化硼晶粒，和不大于0.1重量％六方氮化硼晶粒。作为选择，多晶立方氮化硼体具有以下任何：在1kg载荷下大于3800HK1的努普硬度，在1kg载荷下大于4000HK1的努普硬度，大于35GPa的维氏硬度，大于40GPa的维氏硬度，大于45GPa的维氏硬度，和大于50GPa的维氏硬度。多晶立方氮化硼体任选地具有以下任何：在700nm的波长下小于100cm-1的吸收系数，和在500nm的波长下小于150cm-1的吸收系数。根据第三方面，提供了制造多晶立方氮化硼体的方法。该方法包括：提供包含六方氮化硼颗粒的生坯，该生坯具有的密度为至少95％的六方氮化硼理论密度；使该生坯经受在至少7.7GPa的压力和至少2100℃的温度下的烧结过程，使六方氮化硼转化以形成多晶立方氮化硼材料。作为选择，六方氮化硼颗粒具有选自不小于0.1重量％且不大于0.4重量％的氧含量。作为进一步的选择，六方氮化硼颗粒具有选自不大于0.3重量％，和不大于0.2重量％的氧含量。温度任选地选自以下任何：2100℃和2300℃之间，和2200℃和2300℃之间。任选地，压力选自以下任何：7.7至8.5GPa，和8.0至8.5GPa。作为选择，将烧结过程保持在最大压力和温度下持续至少3分钟、至少5分钟、和至少10分钟中任一。该方法任选地包括在烧结前冷等静压六方氮化硼颗粒以使生坯致密化。作为进一步的选择，在0.2GPa和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.半透明的多晶立方氮化硼体，包含：/n多晶立方氮化硼晶粒；/n不大于2重量％六方氮化硼晶粒；/n在1064nm的波长下小于100cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171020 GB 1717270.11.半透明的多晶立方氮化硼体，包含：
多晶立方氮化硼晶粒；
不大于2重量％六方氮化硼晶粒；
在1064nm的波长下小于100cm-1的吸收系数。


2.根据权利要求1所述的多晶立方氮化硼体，其中至少50％的多晶立方氮化硼晶粒是孪晶的。


3.根据权利要求1或2任一项所述的多晶立方氮化硼体，其为盘状并具有选自10mm和25mm之间的直径和选自4mm至25mm的高度。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的多晶立方氮化硼体，具有选自12mm和16mm之间的直径和选自8mm至12mm的高度。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的多晶立方氮化硼体，由多晶立方氮化硼晶粒和不大于2重量％六方氮化硼晶粒构成。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的多晶立方氮化硼体，包含以下任何：不大于1.5重量％六方氮化硼晶粒，不大于1.0重量％六方氮化硼晶粒，不大于0.5重量％六方氮化硼晶粒，不大于0.2重量％六方氮化硼晶粒，和不大于0.1重量％六方氮化硼晶粒。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的多晶立方氮化硼体，具有以下任何：在1kg载荷下大于3800HK1的努普硬度，在1kg载荷下大于4000HK1的努普硬度，大于35GPa的维氏硬度，大于40GPa的维氏硬度，大于45GPa的维氏硬度，和大于50GPa的维氏硬度。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的多晶立方氮化硼体，具有以下任何：在700nm的波长下小于100cm-1的吸收系数，和在500nm的波长下小于150cm-1的吸收系数。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的多晶立方氮化硼体，具有以下任何：在1064nm的波长下小于50cm-1的吸收系数，和在1064nm的波长下小于30cm-1的吸收系数。


10.半透明的多晶立方氮化硼体，包含：
多晶立方氮化硼晶粒；
不大于2重量％六方氮化硼晶粒；
在350nm的波长下小于100cm-1的吸收系数。


11.根据权利要求10所述的多晶立方氮化硼体，其中至少50％的多晶立方氮化硼晶粒是孪晶的。


12.根据权利要求10或11任一项所述的多晶立方氮化硼体，其为盘状并具有选自10mm和25mm之间的直径和选自4mm至25mm的高度。


13.根据权利要求10至12中任一项所述的多晶立方氮化硼体，具有选自12mm和16mm之间的直径和选自8mm至12mm的高度。


14.根据权利要求10至13中任一项所述的多晶立方氮化硼体，由多晶立方氮化硼晶粒和不大于2重量％六方氮化硼晶粒构成。

【专利技术属性】
技术研发人员：A·坎恩，H·S·泰勒，D·吉克，
申请(专利权)人：六号元素英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB