CN104293291A - 一种超硬复合磨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超硬复合磨料及其制备方法，该超硬复合磨料由以下重量百分比的组分组成：立方氮化硼和/或金刚石10%～90%，添加剂10%～90%；其中，添加剂为氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合。本发明的超硬复合磨料，将立方氮化硼和/或金刚石与氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合进行复配，所得复合磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，使用寿命长；同时，使用该磨料加工过程中扬尘少，避免了对环境空气的污染；适用于金属切割、打磨等加工过程。
Description
技术领域
本发明属于超硬复合材料技术领域，具体涉及一种超硬复合磨料，同时还涉及一种超硬复合磨料的制备方法。
背景技术
磨料是一种具有高硬度和一定机械强度的颗粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和抛光。磨料在工业上应用非常广泛，特别是加工高精度或低粗糙度的零件或较硬的零件时，磨料和磨具是必不可少的。一般来说，磨料具有以下基本特性：1）较高的硬度，磨料的硬度必须高于被加工对象的硬度；2）适度的抗破碎性及自锐性；3）良好的热稳定性和化学稳定性。
目前，金属的切割、打磨都是使用普通的磨料，如刚玉、碳化硅等制成的切割、打磨工具进行切断、抛光。传统的普通磨料制成的切割、打磨工具，存在使用寿命极短、加工效率低的问题，在金属加工过程中，经常需要停机对切割、打磨工具进行更换，生产效率较低；加工过程中粉尘污染严重，不利于工人的健康；同时，对制造工具的原料矿产资源也是一种极大的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种超硬复合磨料，解决现有金属切割、打磨用磨料使用寿命短、加工效率低的问题。
本发明的第二个目的是提供一种超硬复合磨料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：立方氮化硼和/或金刚石10%～90%，添加剂10%～90%；其中，添加剂为氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合。
所述氧化物为刚玉、氧化锆、氧化铈中的任意一种或其组合。
所述氮化物为氮化硅、氮化铝、氮化钛中的任意一种或其组合。
所述碳化物为碳化硅、碳化钛、碳化钨中的任意一种或其组合。
所述碳氮化物为碳氮化钛。
所述氮铝化物为氮铝化钛。
所述掺杂金属为钴、钨、镍、铜、铝、钛、稀土金属中的任意一种或其组合。所述稀土金属为钇、钕、镧中的任意一种或组合。
所述立方氮化硼为粒度为0.0001～1mm的粉体；所述金刚石为粒度为0.0001～1mm的粉体；所述添加剂为粒度为0.0001～1mm的粉体。
一种上述的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼和/或金刚石、添加剂混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在3万～5万个大气压、1200～1900℃条件下合成，即得所述超硬复合磨料。
所述合成为高温高压烧结工艺。所述烧结的时间为10～20min。
所述超硬复合磨料的粒度为0.001～3mm，单颗粒静压强度为1～100kg。
本发明的超硬复合磨料，合成的形状为规则形状如三角形、菱形、方形、等积形等，也可为可用的不规则形状。
本发明的超硬复合磨料，将立方氮化硼和/或金刚石与氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合进行复配，所得复合磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，使用寿命长；相比于普通的刚玉磨料、碳化硅磨料，其在硬度和韧性，磨削能耐磨性、热稳定性及化学稳定性方面都极具竞争力；同时，使用该磨料加工过程中扬尘少，避免了对环境空气的污染；适用于金属切割、打磨等加工过程。
本发明的超硬复合磨料的制备方法，将复合粉体在高温高压条件下合成复合磨料，实现了超硬复合磨料的制备，所得复合磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，使用寿命长；本发明的制备方法，工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼30%，粒度为10～30μm的刚玉50%，粒度为10～30μm的氮化铝10%，粒度为1～2μm的铝粉10%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、刚玉、氮化铝、铝粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为2～4kg。
实施例2
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为1～5μm的立方氮化硼55%，粒度为10～20μm的刚玉25%，粒度为10～20μm的氮化钛10%，粒度为1～2μm的钴粉10%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、刚玉、氮化钛、钴粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5.5万个大气压、1550℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为4～7kg。
实施例3
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为1～5μm的金刚石30%，粒度为10～20μm的刚玉25%，粒度为10～20μm的氮化钛40%，粒度为1～2μm的铝粉5%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取金刚石、刚玉、氮化钛、铝粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5.5万个大气压、1550℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为3～6kg。
实施例4
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～10μm的立方氮化硼30%，粒度为0.5～10μm的金刚石10%，粒度为10～300μm的氮化钛35%，粒度为20～30μm的氮铝化钛20%，粒度为1～2μm的铜粉5%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、金刚石、氮化钛、氮铝化钛、铜粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在6万个大气压、1650℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为3～8kg。
实施例5
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～10μm的立方氮化硼30%，粒度为0.5～10μm的金刚石10%，粒度为10～300μm的氮化钛35%，粒度为20～30μm的氮铝化钛20%，粒度为1～2μm的铜粉3%，粒度为1～2μm的钨粉2%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、金刚石、氮化钛、氮铝化钛、铜粉、钨粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在6万个大气压、1650℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为10～13kg。
实施例6
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼90%，粒度为10～30μm的刚玉6%，粒度为10～30μm的氮化硅3%，粒度为1～2μm的钴粉1%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、刚玉、氮化硅、钴粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结10min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为87～93kg。
实施例7
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼90%，粒度为10～30μm的刚玉6%，粒度为10～30μm的氮化硅3%，粒度为1～2μm的钴粉1%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、刚玉、氮化硅、钴粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为93～100kg。
实施例8
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼90%，粒度为10～30μm的刚玉6%，粒度为10～30μm的氮化硅3%，粒度为1～2μm的钴粉1%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、刚玉、氮化硅、钴粉混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结20min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为95～100kg。
实施例9
本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼10%，粒度为10～30μm的碳化硅60%，粒度为10～30μm的氮化铝20%，粒度为1～2μm的铜粉9%，稀土钇1%。
本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：
1）取立方氮化硼、碳化硅、氮化铝、铜粉、稀土钇混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。
所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为5～7kg。
Claims (10)
1.一种超硬复合磨料，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：立方氮化硼和/或金刚石10%～90%，添加剂10%～90%；其中，添加剂为氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合。
2.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述氧化物为刚玉、氧化锆、氧化铈中的任意一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述氮化物为氮化硅、氮化铝、氮化钛中的任意一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述碳化物为碳化硅、碳化钛、碳化钨中的任意一种或其组合。
5.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述碳氮化物为碳氮化钛。
6.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述氮铝化物为氮铝化钛。
7.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述掺杂金属为钴、钨、镍、铜、铝、钛、稀土金属中的任意一种或其组合。
8.根据权利要求1所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述立方氮化硼为粒度为0.0001～1mm的粉体；所述金刚石为粒度为0.0001～1mm的粉体；所述添加剂为粒度为0.0001～1mm的粉体。
9.一种如权利要求1所述的超硬复合磨料的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
1）取立方氮化硼和/或金刚石、添加剂混合，制成复合粉体；
2）将步骤1）所得复合粉体在3万～5万个大气压、1200～1900℃条件下合成，即得所述超硬复合磨料。
10.根据权利要求9所述的超硬复合磨料的制备方法，其特征在于：所述超硬复合磨料的粒度为0.001～3mm，单颗粒静压强度为1～100kg。
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