CN102011040B

CN102011040B - 一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂

Info

Publication number: CN102011040B
Application number: CN201010615047A
Authority: CN
Inventors: 陈强; 张存升; 林树忠
Original assignee: GEMS SUPERABRASIVES CO Ltd
Current assignee: Shandong Changrun Diamond Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102011040A

Abstract

本发明公开了一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，由下述重量百分比的原料组成：TiN 20-30%、AlN 25-30%、Si₃N₄ 7-15% 、Co20-35%、余量为SiO₂。制其备方法步骤如下：①按重量百分比取上述原料备用;②将上述原料置入球磨机中球磨混匀得到陶瓷粉末；③按重量百分比取陶瓷粉末和Co置入混料机中混合后得到混合均匀的复合粉料；④将复合粉料置入真空炉中进行处理得到粉末状金属陶瓷复合料；⑤将步骤④中得到的粉末状金属陶瓷复合料置入研磨机内研磨得到粉末状立方氮化硼复合片用粉末状粘结剂。本发明能够增加陶瓷类立方氮化硼复合片的抗冲击性能，使陶瓷立方氮化硼复合片达到高耐磨、高强度的目的。

Description

一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂

技术领域

本发明涉及粘结剂，是一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂。

背景技术

立方氮化硼复合片是一种超硬材料，它的制品某些性能优金刚石性能，因此，用该材料制作的刀具应用在多个领域。然而，影响这种材料性能的主要因素是粘结剂。由于立方氮化硼复合片是采用立方氮化硼微粉、粘结剂和硬质合金基体在高温高压下烧结制成，因此，粘结剂是影响其性能的主要因素。根据粘结剂类型，立方氮化硼复合片可分为两种，一种是陶瓷类立方氮化硼复合片，另一种是金属类立方氮化硼复合片。由于陶瓷类立方氮化硼复合片的耐热性能好，它可适用于耐高温的制品，但是，由于其抗冲击性欠佳，使它的使用寿命和应用领域受到限制。

发明内容

本发明的目的是，提供一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，它能够增加陶瓷类立方氮化硼复合片的抗冲击性能，使陶瓷立方氮化硼复合片达到高耐磨、高强度的目的。

本发明为实现上述目的通过以下技术方案实现：一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，由下述重量百分比的原料组成：TiN 20-30%、AlN 25-30%、Si₃N₄ 7-15%、Co20-35%、余量为SiO₂。

所述的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，由下述重量百分比的原料组成：TiN 21%、AlN 29%、Si₃N₄13%、Co35%、余量为SiO₂。

所述的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，由下述重量百分比的原料组成：TiN 25%、AlN 27%、Si₃N₄10%、Co30%、余量为SiO₂。

所述的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，由下述重量百分比的原料组成：TiN 30%、AlN 25%、Si₃N₄7%、Co21%、余量为SiO₂。

所述的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂的制备方法，其步骤如下：

①按重量百分比取TiN 20-30%、AlN 25-30%、Si₃N₄ 7-15%、Co 20-35%、余量为SiO₂备用；

②将TiN 、AlN 、Si₃N₄和SiO₂置入球磨机中进行球磨混匀，然后在1000-1200℃下烧结，再降温至250-300℃后用去离子水对其进行脆冷，再将其破碎成2-5μm的粉末，得到陶瓷粉末；

③按重量百分比取陶瓷粉末65-80%和Co20-35%置入混料机中混合18-20小时后得到混合均匀的复合粉料；

④将复合粉料置入真空炉中进行处理，真空炉抽真空负0.05MPa，充0.05Mpa氮气，然后对真空炉加热，用20-30分钟加热至500℃,关闭氮气，再充0.05Mpa氢气，再用12-20分钟加热至900-1000℃，保温20分钟后，再用20-30分钟冷却至室温，得到粉末状金属陶瓷复合料；

⑤将步骤④中得到的粉末状金属陶瓷复合料置入研磨机内进行研磨20-30分钟，得到粉末状立方氮化硼复合片用粉末状粘结剂。

所述的Co 20-35%的粒度为0.5-1μm,纯度为99.9%。

本发明的优点在于：采用本发明的原料及方法制备的立方氮化硼复合片用粉末状粘结剂是以金属Co渗透的Al-Ti-Si-N多元金属陶瓷复合体。铝填充在立方氮化硼颗粒中，是一种催化剂，它能够促进立方氮化硼的结合以Al为烧结助剂的立方氮化硼基复合材料，烧结过程中的化学反应随烧结助剂Al的含量的不同而不同；高温高压烧结所得的制品的硬度随Al的含量的增加而减少，断裂韧性相反；微观结构分析显示当Al含量大于15%时，所得制品的微观结构都比较均匀。

由于Si₃N₄晶须在立方氮化硼复合片中以板条状存在，起到了链接立方氮化硼的桥梁作用，在一定程度上可以有效的提高立方氮化硼复合片的强度和断裂韧性，所以，本发明加入的其它微量金属，能够形成新的物相，从一定程度弥补了立方氮化硼复合片的致密性，减轻了立方氮化硼复合片中的“架桥”效应。而且与Si₃N₄ 晶须中的Si元素等反应，形成新的物相，提高了立方氮化硼复合片的硬度。

原料所用的Si₃N₄晶须的长为100-800nm, Si₃N₄晶须的长保持在500-800nm,在如此高的温度下，Si₃N₄晶须仍能保持原来和接近原来的状态，且晶须的表面光滑，几乎没有缺陷，说明在现有条件下烧结基本理想，Si₃N₄晶须的板条结构可以有效的提高立方氮化硼复合片的强度和断裂韧性。

采用本发明所述的粘结剂烧结的陶瓷立方氮化硼复合片在1200℃高温下具有极好的稳定性，耐化学腐蚀性能良好，抗冲击性比现有技术提高了5倍左右，耐磨性能提高了50%左右，强度提高了80%左右，大幅度提高了使用寿命，为立方氮化硼复合片的应用拓展了多个领域。

本发明的粘结剂是陶瓷和金属材料复合后形成的，它的整体粘结体系以陶瓷相为主，金属Co在高温下能够渗透于陶瓷相的微裂纹和气孔中。由于立方氮化硼以BN-BN结合界面重结晶立方氮化硼搭接生长模式生长，大片的立方氮化硼颗粒以BN-BN键结合，大量Co熔体由于它与立方氮化硼表面间的固一液界面能大于立方氮化硼生长表面之间的固一固界面能，界面Co熔体被挤出立方氮化硼搭接生长界面，从而使重结晶立方氮化硼与相邻的原始立方氮化硼生长表面直接接触。Co在立方氮化硼晶界形成“Co岛”，粘结金属被排挤到立方氮化硼晶粒三叉晶界处呈团块状分布，此种状态的Co分布具有一定的承载力的作用。

Co滞留在立方氮化硼接触界面，晶粒间滞留下来的Co呈白色叶脉分布。“粘结”相Co作为机械充填物充填于立方氮化硼颗粒间隙，能有效提高其整体强度。

因此，本发明选择Co与陶瓷复合在烧结立方氮化硼复合片时，能够达到大幅提高复合片的高耐磨性和高强度的目的。

具体实施方式

本发明的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂可以有多种组合方式：

1、TiN 22%、AlN 30%、Si₃N₄15%、Co35%、余量为SiO₂。

2、TiN 30%、AlN 25%、Si₃N₄7%、Co21%、余量为SiO₂。

3、TiN 21%、AlN 29%、Si₃N₄13%、Co35%、余量为SiO₂。

4、TiN 25%、AlN27%、Si₃N₄10%、Co30%、余量为SiO₂。

5、TiN 28%、AlN 25%、Si₃N₄12%、Co29%、余量为SiO₂。

本发明所述的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂及各种组合方式均采用下述方法制作的步骤如下：①按重量百分比取TiN 20-30%、AlN 25-30%、Si₃N₄7-15%、Co20-35%、余量为SiO₂备用；②将TiN 、AlN 、Si₃N₄和SiO₂置入球磨机中进行球磨混匀，然后在1000-1200℃下烧结，再降温至250-300℃后用去离子水对其进行脆冷，再将其破碎成2-5μm的粉末，得到陶瓷粉末；③按重量百分比取陶瓷粉末65-80%和Co20-35%置入混料机中混合18-20小时后得到混合均匀的复合粉料；④将复合粉料置入真空炉中进行处理，真空炉抽真空负0.05MPa，充0.05Mpa氮气，然后对真空炉加热，用20-30分钟加热至500℃,关闭氮气，再充0.05Mpa氢气，再用12-20分钟加热至900-1000℃，保温20分钟后，再用20-30分钟冷却至室温，得到粉末状金属陶瓷复合料；⑤将步骤④中得到的粉末状金属陶瓷复合料置入研磨机内进行研磨20-30分钟，得到粉末状立方氮化硼复合片用粉末状粘结剂。

本发明所述的Co 25-35%的粒度为0.5-1μm,纯度为99.9%。

本发明所述方法的步骤②中，用去离子水脆冷是指极速降温，其目的在于使陶瓷体系在应力突变中形成大量裂纹，以利于Co粉嵌入裂纹中与其均匀混合。步骤④中真空处理的作用在于促使Co粉末融入陶瓷相裂纹中或粘覆在其表面。步骤⑤中的研磨作用在于去除陶瓷粉末与金属Co之间的轻微粘连的。

步骤③中所述的按重量百分比取陶瓷粉末65-80%和Co20-35%混合具体的比例可以由以下多种组合：陶瓷粉末65%和Co35%，陶瓷粉末80%和Co20%,陶瓷粉末70%和Co30%,陶瓷粉末75%和Co25%等，上述各种组合按照本发明所述的方法均能得到制备立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂用的复合粉料。

Claims

1.一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

①按重量百分比取TiN 20-30%、AlN 25-30%、Si₃N₄7-15%、Co20-35%、余量为SiO₂备用;

2.根据权利要求1所述的一种立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂的制备方法，其特征在于：所述的Co20-35%的粒度为0.5-1μm,纯度为99.9%。