CN107531578A - 聚晶磨料构造 - Google Patents

聚晶磨料构造 Download PDF

Info

Publication number
CN107531578A
CN107531578A CN201680023902.4A CN201680023902A CN107531578A CN 107531578 A CN107531578 A CN 107531578A CN 201680023902 A CN201680023902 A CN 201680023902A CN 107531578 A CN107531578 A CN 107531578A
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
glomerocryst
matrix
titanium
nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680023902.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107531578B (zh
Inventor
A·坎
A·M·M·莫特切拉霍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Element Six UK Ltd
Original Assignee
Element Six UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Element Six UK Ltd filed Critical Element Six UK Ltd
Publication of CN107531578A publication Critical patent/CN107531578A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107531578B publication Critical patent/CN107531578B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0054—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by impressing abrasive powder in a matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624—Sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62828—Non-oxide ceramics
    • C04B35/62836—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62886—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by wet chemical techniques
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C04B35/6455—Hot isostatic pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C09K3/1418—Abrasive particles per se obtained by division of a mass agglomerated by sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • C04B2235/3813—Refractory metal borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3843—Titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3856—Carbonitrides, e.g. titanium carbonitride, zirconium carbonitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3865—Aluminium nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3886—Refractory metal nitrides, e.g. vanadium nitride, tungsten nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

一种制造聚晶磨料构造的方法包含，其包括：提供多个超硬材料颗粒，用第一基质前体材料涂覆所述颗粒，提供平均尺寸小于2微米的多个第二基质前体颗粒，所述第二基质前体颗粒包括液相烧结剂，将所述多个超硬材料颗粒与第二基质前体材料的颗粒混合在一起并且对所述多个超硬材料颗粒与基质前体材料的颗粒进行固结和烧结。一种聚晶磨料构造，其包含：分散在基质材料中的超硬材料颗粒，所述基质材料包含来源于液相烧结助剂的材料和分散在基质中的化学屏蔽颗粒，所述化学屏蔽颗粒具有小于100nm的平均颗粒尺寸。大于50％的化学屏蔽颗粒基本上位于超硬颗粒与基质之间的边界处。

Description

聚晶磨料构造
技术领域
本发明涉及聚晶磨料构造领域以及制造聚晶磨料构造的方法。
背景技术
聚晶超硬材料例如聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)可用在各种各样的工具中，用于切削、机加工、钻孔或碎裂硬质材料或研磨材料例如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含木材料。
磨料复合片(compact)广泛地用于切削、磨制、磨削、钻孔和其它研磨操作。它们通常包含分散在第二相基质中的超硬磨料颗粒。基质可以是金属的或陶瓷的或金属陶瓷。超硬磨料颗粒可以是金刚石、立方氮化硼(cBN)、碳化硅或氮化硅等等。在通常使用的高压和高温复合片制造过程期间这些颗粒可以互相粘合，从而形成聚晶块，或通过第二相材料的基质粘合以形成聚晶物质。通常将这样的物体称为聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼，其中它们各自包含金刚石或cBN作为超硬磨料。金刚石和立方氮化硼磨料复合片的实施例记载于如下美国专利中：3,745,623；3,767,371；3,743,489；4,334,928；5,466,642和5,328,875。
例如，美国专利第4,334,928号教导了一种用于工具的烧结复合片，其基本上由80至20体积百分比的高压形式氮化硼组成，并且余量是至少一种粘合剂化合物材料的基质，所述粘合剂化合物材料选自元素周期表IVa或Va族过渡金属的碳化物、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体化合物。在具有分散在连续基质内的高压氮化硼的烧结体中基质形成连续的粘合结构。该专利中概述的方法都涉及使用机械磨制/混合技术例如球磨、研钵等等将期望的材料合并。
美国专利第5,466,642号公开了一种耐磨的cBN基切削工具，其包括下列：Ti的碳化物/氮化物成分至少之一，包括Ti和Al至少之一的化合物、碳化钨、Al2O3，并且余量是cBN和附带杂质。所述制造方法涉及在球磨机中湿混合。附带杂质主要归因于由磨球和本体磨损的材料。
涉及机械磨制和混合工序以便将期望的起始材料合并的已知方法导致所述组分的不可避免的粉碎和破碎。这进而引起产生通常复杂且多种多样组分的颗粒尺寸的宽广散布，作为结果缺乏组分的均匀性。这种不均匀性导致在烧结之后不能准确地确定和控制最终材料的相结构并进而不能开发材料作为切削工具等的真实潜力。这样的材料在应用中也会表现出差的特性，这起因于组分的不充分的分散和均匀性。
此外，这些工序是不合适的，因为期望的起始成分的颗粒尺寸变得更细，特别是对于亚微米微粒材料并且更特别是对于纳米尺寸的组分材料，因为在分散方面的显著困难。因此这些工序的使用对制造具有均匀的亚微米和纳米尺寸相的复合材料造成了限制。
此外，不可能在没有或大或小程度地磨蚀研磨球、研磨棒和研磨体材料的情况下磨制超硬磨料微粒。较大的超硬颗粒晶粒导致研磨介质的较多磨损。这种磨蚀所产生的材料必然以不合意的材料污染期望组分的混合物，或者如果该材料可被认为是合意的，那么其将以不可控和易变的方式引入。当采用高能研磨技术以试图使用亚微米和纳米尺寸的起始组分材料时，这种污染是尤其普遍的。在研磨体、研磨球和研磨棒的寿命期间，不可避免的磨蚀导致这些物体的尺寸和表面纹理的逐渐改变，这导致它们的研磨、混合和粉碎行为的逐渐改变。这些改变导致被合并材料的分散、均匀性和污染程度的进一步易变性，并因此进而导致最终产生的复合材料和工具的结构、性能和应用中的行为的易变性。此外，亚微米和纳米尺寸的材料特别倾向于发生这些问题并且难以利用这样的方法制造。
在现有技术中具有实例，其中并不主要采用研磨和混合技术。例如，US 5,211,726中教导可以将具有从细(约0.1微米)至粗(约1mm)的尺寸范围的cBN或金刚石的细粒涂覆在活性涂层的一个或多个层中并且在压力和温度下烧结这些涂覆实体以产生多晶粒磨料复合片。为了涂覆尺寸为约50微米至约1mm的特定类型的cBN材料的多晶粒细粒，涂覆方法局限于化学气相沉积(CVD)技术。
WO 2006/032984描述了其中由磨料颗粒产生聚晶磨料元件的技术。使用胶体技术(例如溶胶-凝胶)利用基质前体材料涂覆颗粒。对这些涂层进行热处理以便在颗粒的表面上形成化学保护涂层。
聚晶立方氮化硼(PCBN)材料包含立方氮化硼(cBN)和粘合剂材料。当用作切削工具来机加工工件时，cBN易于发生化学磨损。当机加工硬化钢时这特别成问题。粘合剂与cBN相比是更加化学耐受性的。据认为粘合剂的组分例如TiC、TiN和TiCxNy提供大部分的化学耐受性。用诸如TiC或TiN的相涂覆cBN有望通过充当cBN颗粒外侧上的化学屏蔽而改善PCBN的化学耐受性，但在实践中已发现这样的材料在包括间断测试的机加工应用中表现不佳。这可能是因为它们未被充分地烧结，因此它们不是充分坚韧的。
发明概述
一个目的是提供一种聚晶磨料构造(construction)，其具有改善的化学耐受性并且维持用于机加工应用的足够硬度和韧性。
根据第一方面，提供一种制造聚晶磨料构造的方法。提供多个超硬材料颗粒，该颗粒涂覆有第一基质前体材料。提供平均尺寸小于2微米的多个第二基质前体颗粒，第二基质前体颗粒包括液相烧结剂。将所述颗粒混合在一起，然后在2.5GPa和8GPa之间的压力以及在600℃和1800℃之间的温度下进行固结和烧结。
作为一种选项，该方法包括：在将多个超硬材料颗粒与第二基质前体材料的颗粒混合在一起之前，在500℃和1100℃之间的温度下在真空中使第二基质前体颗粒预反应。
该方法任选地包括使用溶胶-凝胶法用第一基质前体材料涂覆所述多个超硬材料颗粒。第一基质前体材料任选被氮化。
任选地通过碾磨和超声处理(sonication)中的任何处理来实现将所述多个超硬材料颗粒与第二基质前体材料的颗粒混合在一起。
超硬材料任选地选自立方氮化硼和金刚石。
第一基质材料任选地选自下列中的任何：钛、锆、硅、铝、钒、铌、钽、铬、钨和铪中任何的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物。作为另一选项，第一基质前体材料包含氮化钛。作为另一选项，第一基质前体材料包含下列中的任何：氧化锆、氧化硅和氧化铝。作为另一选项，第一基质前体材料包含任何下列组合：氧化锆和氮化钛的组合，以及氮化钛和氮化钽的组合。
第二基质前体材料包含钛和铝中任何的化合物。这些化合物的实例包括碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝。
该方法任选地包括在4GPa和8GPa之间的压力以及1100℃和1600℃之间的温度下固结和烧结所述多个超硬材料颗粒与基质前体材料的颗粒。作为替代，该方法包括在4GPa和6GPa之间的压力以及1100℃和1350℃之间的温度下固结和烧结所述多个超硬材料颗粒与基质前体材料的颗粒。
任选地以所述超硬材料的5-50重量％的量提供第一涂覆材料。
作为选项，所述聚晶磨料构造包含20和79体积％之间的超硬材料。
根据第二个方面，提供一种聚晶磨料构造，其包含多个超硬材料颗粒，所述多个颗粒分散在基质材料中，其中基质材料包含来源于液相烧结助剂的材料。另外，所述构造包含分散在基质中的多个化学屏蔽颗粒，所述化学屏蔽颗粒具有小于100nm的平均颗粒尺寸，其中大于50％的化学屏蔽颗粒基本上位于超硬颗粒与基质之间的边界处。
超硬材料任选地选自立方氮化硼和金刚石。
化学屏蔽颗粒任选地包含选自如下的材料：钛、锆、硅、铝、钒、铌、钽、铬、钨和铪中任何的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物中的任何。任选的实例是氮化钛。
基质任选地包含钛和铝中任何的化合物。实例包括任何下列化合物：碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝。
基质任选地包含至少5体积％的氮化钛，使得聚晶磨料构造是可放电加工的。
作为选项，构成基质(包括化学屏蔽颗粒在内)的5-100％的颗粒具有小于100nm的按面积计的尺寸(size by area)。
构成基质(包括化学屏蔽颗粒在内)的10-80％的颗粒任选地具有小于100nm的按面积计的尺寸。
构成基质(包括化学屏蔽颗粒在内)的15-80％的颗粒任选地具有小于100nm的按面积计的尺寸。
构成基质(包括化学屏蔽颗粒在内)的5-30％的颗粒任选地具有小于50nm的按面积计的尺寸。
聚晶磨料构造任选地包含20-79体积％的超硬材料。
根据第三方面，提供一种聚晶磨料构造，其包含多个超硬材料颗粒，所述多个颗粒分散在基质材料中，并且其中所述基质材料包含来源于液相烧结助剂的材料，并且其中基质中大于95％的颗粒具有小于100nm的按面积计的颗粒尺寸。
所述超硬材料任选地选自立方氮化硼和金刚石。
所述基质任选地包括含钛和铝中任何的化合物的颗粒。这些的实例包括碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝。
所述构造任选地包含至少5体积％的氮化钛，使得所述聚晶磨料构造是可放电加工的。
根据第四方面，提供包含如上在第二方面和第三方面中所述的聚晶磨料构造的机加工工具。
附图说明
现在将通过实例并且参照附图描述非限制性的实施方案，其中：
图1图解说明溶胶-凝胶过程；
图2是显示示例性步骤的流程图；
图3是显示示例性步骤的另一流程图；
图4是显示给出使用参比材料和来自实施例1至4的材料制成的工具的工具寿命的机加工测试的坐标图；
图5是烧结的涂覆5重量％纳米TiN的cBN材料(实施例1)的透射电子显微图；
图6是实施例4的材料的扫描电子显微图；
图7是实施例4的材料的另一扫描电子显微图；
图8是实施例7的材料的X-射线衍射迹线；
图9是显示使用参比材料和实施例7至9制造的工具的机加工测试中获得的月牙洼(crater)深度的坐标图；
图10是显示使用参比材料和实施例7至9制造的工具的机加工测试中工具材料的体积损失的坐标图；
图11是实施例9的材料的X-射线衍射迹线；
图12是显示实施例9的工具寿命测试的结果的坐标图；和
图13是实施例13的材料的晶粒尺寸的频数分布的坐标图。
具体实施方式
聚晶复合磨料主体由分散在微米、亚微米或纳米晶粒尺寸的基质材料中的微米、亚微米或纳米尺寸的超硬磨料颗粒构成。
为了本发明的目的，将亚微米颗粒或晶粒定义为它们的主要直径尺寸在1微米(1000nm)和0.1微米(100nm)之间，并且将纳米尺寸的颗粒或晶粒定义为它们的主要直径尺寸小于0.1微米(100nm)。
超硬磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼、碳化硅、氮化硅、碳化硼、低氧化硼(B6O)等，以及这些颗粒类型的任何组合。优选地，所述超硬颗粒是金刚石或立方氮化硼或这些材料的组合。
基质材料包括但不限于微米、亚微米或纳米晶粒尺寸的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物或碳氮化物基质。亚微米或纳米尺寸的基质材料包括铝、钛、硅、钒、锆、铌、铪、钽、铬、钼和钨的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物和碳氮化物以及这些材料的任何适当的组合。优选地这些基质将是铝、钛、钽、硅或锆的纳米晶粒尺寸化合物。发明的复合磨料主体包含从约25体积％到超过98体积％的分散超硬颗粒相对于基质材料的组成比率，然而它们不限于这些组成比率。
可以使用胶体技术将期望基质材料的前体精确地涂覆在每个单独的超硬颗粒上，使得每个颗粒相对于所有其它颗粒具有基本上相同尺寸和结构的涂层。这使得能够获得大程度的结构均匀性。这对于微米、亚微米甚至纳米尺寸大小的细小超硬颗粒是可能的，因为前体涂层材料和通过所选热处理工序所带来的随后最终基质材料可以具有非常细小的纳米晶粒尺寸。进而这允许以良好的均匀性实现超过90体积％的极高超硬颗粒含量。
如WO 2006/032984中所述，将超硬磨料颗粒(例如cBN)化学处理以使它们亲玻璃(vitreophilic)。能够在表面上产生超硬颗粒的亲玻璃行为所需的化学物类的处理包括但不限于：在氧化性酸例如浓硝酸中(当合适时)煮沸或暴露到强氧化剂例如过氧化氢溶液或者在空气或氧气中加热。所述表面允许向微粒材料上形成和生长基于氧化物和氢氧化物的涂层并且允许与基于如此形成的氧化物基前体涂层的良好附着。
利用具有无定形和/或纳米晶粒尺寸的水合氧化物前体材料的超硬磨料颗粒的胶体悬浮涂层。已发现某些胶体技术的适应性能够精确地涂覆微米、亚微米甚至纳米尺寸的超硬材料颗粒。存在两种通常的胶体路径，通过所述路径可以产生合适的涂层，一种取决于是否使用无机盐的水溶液，另一种中使用金属有机化合物。关于此的优选方法是后者的溶胶-凝胶法，更优选为使用醇盐或醇化物的水解和缩聚的溶胶-凝胶法。通过该方法产生的前体涂层是具有高表面积的微孔、无定形或纳米晶粒尺寸的氢氧化物。特别地，溶胶-凝胶技术是非常通用的并且适于控制水合氧化物前体材料向亲玻璃的悬浮颗粒表面上的极精确涂层的异质成核和生长，所述悬浮颗粒的尺寸可以小至10nm或甚至更小。
受欢迎的溶胶-凝胶法是将金属醇盐的醇溶液或金属醇盐的组合慢慢添加到超硬材料颗粒在纯水于相同醇中的低浓度等分试样中的悬浮液。所述金属醇盐被水水解从而形成金属氢氧化物单体，其进而经历缩聚反应，该缩聚反应逐步地形成水合的氧化物微孔材料(在本发明中称其为氧化物前体材料或涂层)。通过适当地选择醇类型(典型地具有与醇盐相同的烷基)、悬浮超硬颗粒的浓度、在醇中的醇盐溶液的浓度、醇盐的水比率、温度和其它试剂如酸或碱的存在与否，能够控制在悬浮超硬颗粒上的氧化物前体涂层的形成。所用的每种醇盐需要使用特定的条件以便将悬浮的超硬微粒材料涂覆在期望的涂层中。
这种方法的重要方面是醇盐水解和缩聚反应的副产物是在涂层的一些自由表面上的水、醇和氢氧化物物类。所有这些副产物易于通过干燥和低温热处理可被除去。此外醇盐本身易于以高纯度等级可获得。因此醇盐溶胶-凝胶法导致非常纯净的未受污染的氧化物。因此可以使得最终的基质材料相对于通过现有技术方法产生的那些材料而言非常纯净。当然，在本发明的方法中不存在由研磨/混合方法引入的普遍存在的杂质。
本发明方法的又一非常重要的方面是可以通过同时采用基于不同金属的超过一种类型的醇盐制造大范围的混合前体氧化物材料。以这种方式，所产生的氧化物前体材料将是混合氧化物，其中不同金属在分子尺度上分布。作为替代，已知可以制造包括多于一种金属的醇盐复合物。可以在发明的方法中使用这些醇盐复合物。因此通过完全使用本发明方法生成的氧化物、氮化物和碳化物可以包括混合相和合金化的相。而且已知可以制造混合金属醇盐结构。使用这样的混合金属醇盐还导致混合的金属前体氧化物和随后的混合金属复合基质相。使用醇盐混合物或混合醇盐还允许用烧结和结构改性剂例如氧化钇、氧化镁等掺杂前体和随后的基质材料。因此可以通过本发明的方法在复合材料的制造中施加大量的已确立的陶瓷、金属陶瓷和冶金材料科学的知识。
图1图解说明用金属醇盐涂覆的cBN颗粒，其中M是合适的金属例如钛、钽、锆、铝、钒、铌、硅等等。
在从悬浮液中移除并洗涤之后，通过例如在真空中低于100℃加热而缓慢地干燥涂覆的颗粒。前体涂层材料的微孔、无定形或纳米晶粒尺寸的结构使得它们对于在气态反应物或环境中程序升温的反应热处理是理想的以便形成期望的细晶粒和纳米晶粒尺寸的陶瓷和其它材料作为复合材料的组分。
在第三步中，利用在所选气体环境中对涂覆前体的超硬颗粒的程序升温反应热处理以便使涂层部分致密化并将其转化为所选的细小或纳米晶粒尺寸的陶瓷材料。利用在空气或氧气中的热处理来煅烧、部分致密化涂层、驱除任何剩余的水及醇成分并使涂层结晶为期望的氧化物相。加热速率、最高温度和最高温度持续时间的选择是特定于所要求的氧化物的结构、相和类型。
如果期望将涂层转化成氮化物，则可以在干燥氨气中在典型高达1100℃的温度下加热已干燥或空气煅烧的涂覆材料，然而在某些应用中高达并且包括约1400℃的那些温度可能是必要的。已发现该程序升温的反应处理逐渐地还原涂层材料并且能够将氧化物底涂层转化为化学计量和非化学计量的氮化物和氮氧化物。再一次，加热速率、气体流速、最高温度和最高温度持续时间的选择是特定于所要求的氮化物的结构、相和类型。还已发现可以通过条件的适当选择产生氮氧化物相。
如果期望将涂层转化成碳化物，则可以在含碳气体例如甲烷或乙烷与氢气的混合物中在典型地低于1200℃的温度下加热已干燥或空气煅烧的涂覆材料，然而在某些应用中高达并且包括1500℃的温度可能是必要的。再一次，加热速率、气体流速、最高温度和最高温度持续时间的选择是特定于所要求的碳化物的结构、相和类型。还已发现可以通过条件的适当选择产生碳氧化物相。作为替代，已发现可以通过在甲烷或乙烷氢气混合物中的适当热处理将如上所述产生的氮化物涂层转化为碳化物。通过条件的选择可产生碳氮化物相。
可以通过在纯氢气中的还原可容易地将氧化物涂层中的一些还原为相应的单质金属。此类涂层的实例是氧化钨和氧化钼(WO3和MoO3)，它们可易于在500至700℃的典型范围内的低温下还原为金属。
程序升温反应的关键方面是在超硬颗粒上所产生的氧化物、氮化物和/或碳化物涂层的晶粒尺寸在尺寸上典型地全部为纳米尺度。此外，这些热处理的另一有价值方面是实现所述转化所要求的温度和时间分别是低的和短的，当与通过熔融或融合技术制造的常规氧化物材料的类似转化所要求的温度和时间相比时。在氮化物形成的某些情形中，本发明方法要求的温度比常规氧化物材料的氮化低多达400℃。此外，涂覆的超硬颗粒可以是分离的和未团聚的。这有助于在随后的高压高温固结、接下来的烧结阶段期间得到的结构均匀性。
除产生涂覆的超硬磨料颗粒之外，制备粘合剂相。示例性的粘合剂是TiC0.5N0.5和Al的混合物。将其混合以确保粉末混合物是均匀的。然后使粘合剂预反应，典型地在真空中(典型在10-3和10-4托之间)在800℃至1100℃的温度下。这确保粉末例如Al形成金属间化合物和陶瓷相，它们易于在随后的尺寸缩减步骤中被瓦解，并且减少它们形成稳定的氧化物的风险。然后通过任何合适的技术例如碾磨使粘合剂颗粒的尺寸减小。
然后将涂覆的超硬材料和粘合剂相混合在一起并且使其经历进一步的操作例如碾磨或超声处理(sonication)。这产生超硬颗粒和粘合剂相的细小颗粒的混合物。
混合的超硬颗粒和粘合剂经历高温固结和烧结操作。在超硬颗粒材料为热力学和化学稳定的温度和压力下进行该操作，以便产生完全致密或接近完全致密的微米、亚微米和纳米尺寸的复合单片材料块(piece)。对于超硬材料例如金刚石和cBN，这些条件是在2.5GPa至8GPa以及600℃至1800℃的范围内。也可以在固结和烧结期间将如此产生的致密复合材料原位结合到金属碳化物基底。使用的高压高温设备可以是能够产生合适条件的本领域已知的任何设备。
图2显示了高水平方法的流程图，以下编号对应于图2的编号：
S1.提供多个超硬材料颗粒。用第一基质前体材料涂覆所述颗粒，第一基质前体材料在最终构造中可充当化学屏蔽(barrier)。
S2.提供多个第二基质前体颗粒。这些颗粒具有1-2微米的平均尺寸。第二基质前体颗粒包括液相烧结剂。
S3.将来自S2和S3的颗粒混合在一起以形成精细混合物。
S4.在2.5GPa和8GPa之间的压力以及600℃和1800℃之间的温度下对混合颗粒进行固结和烧结以形成磨料构造。该构造可形成于基底上例如碳化钨，并且该构造适合用作机加工、切削或其它类型的研磨工具。
现在转到图3，显示了说明示例性步骤的另一流程图。在该实例中，超硬颗粒是cBN并且对这些颗粒进行处理以便在颗粒上形成TiN涂层。以下编号对应于流程图的编号：
S5.将cBN颗粒化学处理以使它们是亲玻璃的。然后将这些添加到溶液以便使用溶胶-凝胶反应在颗粒上涂覆Ti(OH)4。该反应涉及醇溶液中的金属醇盐的水解和缩聚反应。金属醇盐或醇化物具有以Mn+[OR]n表示的通式，其中M是n价的金属(在该实例中，M是Ti)，O是氧并且R是烷基。该金属经由氧原子与烷基结合。大多数金属醇盐可溶于醇并且可容易地与在醇中的溶液中的水发生水解从而根据方程(1)形成氢氧化物：
M[OR]n+nH2O→M[OH]n+nROH (1)
然后可以按如下方程(2)进行缩聚反应并且形成M-O-M键。
n-1[HO]M-OH+HO-M[OH]n-1→n-1[HO]M-O-M[OH]n-1+H2O (2)
该反应的逐渐继续导致三维的-M-O-M-O-M-网络。如此形成的氧化物前体材料通常是无定形的或纳米晶粒尺寸的，具有很高的表面积并且是微孔性的，在孔隙中具有H2O和醇。孔隙结构的表面以羟基、OH官能团封端。通过浓度、醇盐/水比率、温度、溶剂醇以及其它化学试剂例如酸或碱的存在的适当选择，可以引起多孔氧化物前体材料成核并且在醇溶剂中的亲玻璃悬浮颗粒上生长成涂层。应当选择要充当涂层材料的生长中心的悬浮颗粒的合适浓度。
在无水醇中配制金属醇盐的溶液然后在约几个小时的时段期间将其缓慢地添加到连续搅拌的悬浮液中，该悬浮液是超硬颗粒在纯水于通常相同醇的等分试样(aliquot)中的悬浮液。可以添加胶溶剂例如酸或碱以稳定该悬浮液。
作为替代，当利用特别反应性的醇盐试剂时，可以通过将水在醇中的等分试样缓慢添加到超硬颗粒在醇盐于无水醇中的悬浮液中的悬浮液来产生对涂层形成的更好控制。
可以通过干燥和低温热处理去除反应的水和醇副产物。类似地，可以去除OH表面官能团。典型地在对悬浮液进行过滤或离心并随后用新的干净醇以及然后用去离子水清洗之后，可以将涂覆的颗粒在约60℃在低真空下缓慢地干燥约两天。然后可通过在空气中加热至约300℃实现残留水和醇的进一步去除。元素周期表中的许多元素能够形成醇盐。发现适用于使用本发明方法产生氧化物基质的醇盐包括钛、铝、锆、铬、硅的醇盐，有时将钙、镁、铪、钇的醇盐用作添加剂，包括这些醇盐的组合。发现适用于使用本发明方法产生氮化物基质的醇盐包括铝、钛、锆、硅、钽、铬、铌、铪、钒、钼和钨的醇盐以及这些醇盐的组合。发现适用于使用本发明方法产生碳化物基质的醇盐包括钛、锆、硅、钽、铬、铌、铪、钒、钼和钨的醇盐以及这些醇盐的组合。在该实例中，使用钛醇盐。
金属醇盐M[OR]n的通式中的烷基R可以包括甲基、乙基、正丙基、正丁基和任何通式-CxH2x+1。此外，包括其中存在侧链烷基的烷基，例如在异丙基(-CH(CH3)2)或仲丁基(-CHCH2CH3CH3)中。
每种金属醇盐的水解反应速率以及至胶凝点的时间非常依赖于烷基的链长度。较小的链长度R导致超硬颗粒的涂层中的氧化物前体材料的较快水解和较短胶凝时间。每种类型的期望水合氧化物前体涂层的涂层特性可受到R选择的强烈影响。
用作醇盐和水的溶剂并且作为超硬颗粒的悬浮流体的醇可以选自任何通常市售的液体溶剂。优选的醇是乙醇、甲醇和异丙醇。表1提供了合适醇盐的示例性列表，但并非全部的列表。
表1
S6.涂覆的颗粒现在进行程序升温热处理。以如下方式进行该处理：在选择的气体环境中、以选择的加热速率、到达选择的最高温度、持续选择的时间，以便控制残余挥发性杂质的去除，以便致密和烧结，以便转变为其它的结构相和以便使涂层与气体反应从而导致其它的材料类型和相。优选的方法是使用流动气体系统，该系统具有精心选择和控制的流速。可以在管式炉(旋转管式炉，其被组织以便缓慢地“搅拌”颗粒并从而防止熔接或团聚)中，或者在所选的受控气体环境中用于颗粒材料的受控加热的任何合适的炉设置中，进行涂覆微粒材料的加热。
在该实例中，将涂覆的颗粒cBN颗粒在空气或氧气中煅烧以便将涂层转化为所选择的依然为半致密的氧化物(TiO2)。取决于所涉及的具体的多孔氧化物前体材料，将发生部分烧结和/或结晶，这涉及部分致密化。也可以发生变为不同晶体结构的氧化物的相改变，并且可以对所述相改变进行组织以形成期望的氧化物。通常通过该方法形成纳米晶粒尺寸的氧化物。在每种情形中，通过使用反应监测和表征技术例如热重分析(TGA)、差式热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)等来确定所需的热处理条件。可以在能够容纳细微粒材料的任何便利设备中执行加热，然而旋转炉和流化床炉是优选的。
注意，一种替代方式是在氨或氨惰性气体混合物中加热所述干燥的涂覆颗粒以便将多孔氧化物前体涂层转化为氮化物或氮氧化物。氨分解为活性的氮和氢物类，它们逐渐地还原和氮化所述前体氧化物涂层。通过条件的选择，可以形成各种氮氧化物和氮化物结构。再一次，通过使用反应监测和表征技术例如TGA、DTA、XRD等来确定所需的热处理条件。
另一替代方式是在含碳气体氢气混合物中加热所述干燥的涂覆cBN颗粒以便将多孔氧化物前体涂层转化为碳化物或碳氧化物。含碳气体原则上可以是任何碳氢化合物气体，例如甲烷或乙烷。可以在惰性载气中例如氩气中稀释所述含碳气体/氢气混合物。典型的甲烷或乙烷/氢气比率是从1/5至1/20。通过使用反应监测和表征技术例如TGA、DTA、XRD等来确定所需的热处理条件。
S7.在该实例中，使涂层氧化以形成TiO2。需要进一步步骤以形成TiN，通过应用氨气环境热处理以便获得氮化物。这可以在氨气环境中在约1100℃进行5小时。
对于涂层材料产生所设计组成和结构的结晶物类所必需的加热温度是相对较低的。这可导致低温结晶物类的形成，该低温结晶物类无法通过通常在较高温度下进行的较为常规的固态反应获得。大多数所需温度低于1200℃，经常低于1000℃，甚至在某些情形中低达550℃。
现在能够通过热压处理(优选高压/高温处理)将各自涂覆在设计的氧化物、氮化物或碳化物相和显微结构中的超硬颗粒固结成完全致密或接近完全致密的纳米晶粒尺寸的复合材料块。
S8.制备超硬材料复合片的粘合剂前体粉末。在该实例中，被涂覆的颗粒是cBN颗粒。将粘合剂前体粉末混合在一起以形成均匀的粉末。可以使用任何合适的混合技术。在该实例中，粘合剂材料的前体材料主要是TiC0.5N0.5和Al。添加Al作为液相烧结助剂以便改善烧结材料的韧性。注意到用纳米-TiN涂覆并且未用烧结助剂烧结的cBN在机加工测试中表现不佳，因为认为该烧结材料不够坚韧。
S9.一旦已制备粘合剂前体粉末的均匀混合物，则使其在真空中在800℃和1100℃之间(典型约1025℃)的温度下预反应。在这些条件下的预反应确保添加剂例如铝(将其包括作为液相烧结助剂)形成金属间化合物和陶瓷相，它们更容易瓦解并且较不可能形成稳定的材料例如氧化物。这确保在随后的尺寸缩减步骤(步骤S6)中它们更可能瓦解成更小的颗粒。
S10.通过任何合适的技术例如碾磨使粘合剂前体粉末颗粒的尺寸减小。
S11.将涂覆TiN的cBN颗粒与粘合剂前体粉末混合，并且混合(例如通过碾磨或超声处理)所生成的混合物以确保cBN颗粒与前体粉末的均匀的混合物。
S12.在高压力下热压所生成的粉末混合物以形成超硬复合片。与无压烧结相比热压提供独特优势：对于纳米晶粒尺寸材料的固结，实现完全密度和最小晶粒生长。可以采用的热压技术的实例是在如此设计的炉内在碳压模中的单轴热压、热等静压(HIP)、挤压和高压技术。当在环境压力下经受延长的高温例如1600℃或更高时，cBN易于转化为六方相。鉴于此，高压/高温的热压阻止这种向六方相的转变。可以采用的典型条件是但不限于：从约2.5GPa至约8GPa的压力以及对于每种压力典型在约600℃至约1800℃范围内的温度，其受cBN的热力学和/或化学稳定性支配。可以采用的高温/高压设备的类型包括活塞和气缸装置、活塞和压砧装置、立方压砧式压力机以及环形和带式设备以本领域中众所周知的其它设备。
各自包覆在设计的、通常半致密的氧化物、氮化物或碳化物涂层中的超硬颗粒可经受造粒、喷雾干燥、冷冻干燥、流化床造粒，所有都具有或没有临时的有机粘合材料。也可以采用常规的冷压以使用自由粉末或粒状材料产生任何便利形状的多孔、半致密的“生坯”制品。在每个情形中选择压力/温度/时间的变化曲线(profile)以致密化和烧结所述涂层材料，最小化或控制晶粒生长从而产生复合材料块。
如此产生的非常均匀的细小和纳米晶粒尺寸的磨料复合材料展现出性能的改进，这是由于它们的均匀性和超细显微结构，相比于经由较常规的方法(例如分离的粉末起始材料的磨制和混合)制造的类似的复合材料而言。此外，粘合剂前体粉末的预反应(S9)和磨制(S10)步骤(以结合合适的液相烧结剂)提高了cBN颗粒与粘合剂基质之间的结合强度。更小的颗粒具有更高的表面积/体积比率，从而导致更多的结合。
观察到韧性和化学耐磨性的改进，但最明显地发现了高温强度和硬度的显著改进。也可以使用本发明方法制造具有材料、组成和显微结构的新颖组合的复合材料。以单块形式或结合至硬金属基底形式如此制得的磨料细晶粒复合材料可用于应用中，例如对难以机加工的材料进行切削、磨制、磨削、钻孔(包括岩层钻孔)和其它研磨操作。
已制备和测试不同的材料，如以下非限制性实施例中所述。
实施例1
第1部分：涂覆5重量％TiN的cBN等级2
生产粉末混合物，其包含经由溶胶-凝胶路径涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的5重量％氮化钛。
a)-cBN粉末的分散
将立方氮化硼粉末(95g)悬浮在1.2L的AR乙醇中并且使用BDC2000Branson超声发生器以35-45％振幅超声探测15分钟以消除团聚物。在该周期结束时，使溶液冷却到室温并放置在剪切混合机下。
b)-用氧化钛溶胶凝胶涂覆cBN
将钛前体异丙醇钛(IV)(22.94g)称重并放入清洁且干燥的分液漏斗并且用无水乙醇稀释四倍。关闭漏斗并且摇晃以使前体溶解在乙醇中。然后以约60℃的角度将漏斗夹紧到铁架台(retort stand)上。将去离子水(14.56g，该量使得水的摩尔数是异丙醇钛(IV)的摩尔数的十倍)溶解在一定量的AR乙醇中使得总体积与稀释的前体的体积相同并且将其转移到另一分液漏斗。将该漏斗也夹紧在铁架台上。将如此制备的两个溶液以2滴/秒的速度同时注入剪切混合粒料悬浮液持续约2小时。在添加试剂后，使悬浮液在同样条件下继续混合1.5小时。将混合物转移到搅拌器盘上、覆盖并且以400rpm搅拌过夜。然后将混合物在旋转蒸发仪中干燥并且随后在80℃的烘箱中干燥24小时。
c)-涂覆粉末的热处理
使用212μm的筛子将涂覆粉末过筛并且移入氧化铝舟中，用以使用马弗炉在静态空气中的煅烧。在450℃下煅烧样品，5℃/min，持续5小时。在煅烧后，在1100℃的管式炉中使用100％氨气(4l/min)将样品氮化(受控气氛中的热处理)持续5小时。加热速率设定在10℃/min。然后获得涂覆5重量％TiN的cBN。
第2部分：预混料制备
a)预反应
将Ti(C0.5N0.5)0.8(135g)和铝(15g)粉末与8×8mm WC球一起放置在250ml塑料容器中并且使用摇摆混合机(turbula mixer)(Ti(C0.5N0.5)0.8与铝的重量比为90:10)预混合1小时。在去除WC球之后将混合的粉末放入钛杯内并且压实，然后在真空炉中于1025℃下预反应30分钟。然后使用研钵及研杵将预反应过的小块压碎并且使用212μm筛子筛分所产生的材料。
第3部分：涂覆TiN的cBN与粘合剂的碾磨和混合
将预反应过的粉末(21.18g)、WC球(3mm直径，160ml)、正己烷(31ml)和Lubrizol(0.64ml)放置在250ml的聚酰胺罐中并使用Dispermat碾磨机以1500rpm的速度碾磨持续4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在4小时的磨制之后，将涂覆TiN的cBN(26.15g)、正己烷(36ml)和Lubrizol(0.78ml)添加到磨罐并且磨制另外30分钟。将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥，然后将复合物粉末在真空炉中储存过夜。该复合物粉末具有60体积％的cBN。
第4部分：预复合物制备和高压高温烧结
将混合并干燥过的粉末(60体积％cBN连同TiN的纳米涂层以及磨制的金属陶瓷材料)压入金属包封。将约5.0g的粉末称重并放入具有约18mm直径的每个杯子中然后在半自动的液压/气动压力机中在8吨载荷下进行压制。然后将金属包封的粉末(称为“预复合物”)在真空炉中以750℃热处理20分钟以便从粉末去除任何吸附的物类。然后以约6.8GPa和1350℃将密封的预复合物烧结20分钟。
第5部分：烧结复合片的加工和应用测试
对烧结的固体复合物进行加工(面和外直径(OD)磨削随后磨光)以便暴露出圆片(disc)和切口10×10mm。对每种变体的小片进行精细抛光以便SEM分析。
将厚度为3.2mm的切削工具(切口10×10mm)进行边缘制备至SNMN090308S02020的刀具规范并且在面车削连续操作(H05)和钻孔适度中断操作(H15)(工件-SAE 8620)中在表面硬化钢的机加工中测试。测试条件如下：速度：150m/min；进给：0.15mm；切削深度：0.2mm。
在H15应用中该材料的性能比行业基准好33％(示于图4中)。
烧结材料的透射电子显微镜分析(如图5中所示)显示在cBN晶粒周围存在细小(小于50nm)的氮化钛颗粒。该显微照片示出大的灰白色cBN晶粒，在cBN晶粒之间的边界中具有较小的颗粒(通过箭头说明)。
实施例2
经由溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的5重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例1中所述的实验协议。以6.8GPa和约1450℃将复合物粉末(60体积％cBN连同纳米-TiN涂层以及磨制的金属陶瓷材料)烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了材料的纳米结构和均匀性。
还按实施例1中所述在H15应用中制备和测试切削工具。在H15中该材料的性能比行业基准好38％(示于图4中)。
实施例3
第1部分：涂覆15重量％TiN的cBN等级2
经由溶胶-凝胶路径生产粉末混合物，其包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛。
a)-cBN粉末的分散
将立方氮化硼粉末(85g)悬浮在1.2L的AR乙醇中并且使用BDC2000Branson超声发生器以35-45％的振幅超声探测15分钟以消除团聚物。在该周期结束时，使溶液冷却到室温并放置在剪切混合机下。
b)-用氧化钛溶胶凝胶涂覆cBN
将钛前体异丙醇钛(IV)(68.90g)称重并放入清洁且干燥的分液漏斗并且用无水乙醇稀释四倍。关闭漏斗并且摇晃以使前体溶解在乙醇中。然后以约60℃的角度将漏斗夹紧到铁架台。将去离子水(43.67g)溶解在一定量的AR乙醇中使得总体积将与稀释的前体的体积相同并且将其转移到另一分液漏斗。将该漏斗也夹紧到铁架台上。将如此制备的两个溶液以2滴/秒的速度同时注入剪切混合粒料悬浮液持续约2小时。在添加试剂之后，使悬浮液在同样条件下继续混合1.5小时。将混合物转移到搅拌器盘上、覆盖并且以400rpm搅拌过夜。然后将混合物在旋转蒸发仪中干燥并且随后在80℃的烘箱中干燥24小时。
c)-涂覆粉末的热处理
使用212μm的筛子将涂覆粉末过筛并且移入氧化铝舟中，用以使用马弗炉在静态空气中的煅烧。在450℃下煅烧样品，5℃/min，持续5小时。在煅烧后，在1100℃的管式炉中使用100％氨气(4l/min)将样品氮化(受控气氛中的热处理)持续5小时。加热速率设定在10℃/min。然后获得涂覆15重量％TiN的cBN。
第2部分：预混料制备
a)-预反应
将Ti(C0.5N0.5)0.8(135g)和铝(15g)粉末与8×8mm WC球一起放置在250ml塑料容器中并且使用摇摆混合机预混合1小时。在去除WC球后将混合的粉末放入钛杯内并且压实；然后在真空炉中于1025℃下预反应30分钟。然后使用研钵及研杵将预反应过的小块压碎并且使用212μm筛子筛分所产生的材料。
第3部分：涂覆TiN的cBN与粘合剂的碾磨和混合
将预反应过的粉末(18.56g)、WC球(3mm直径，160ml)、正己烷(27ml)和Lubrizol(0.56ml)放置在250ml的聚酰胺罐中并使用Dispermat碾磨机以1500rpm的速度碾磨持续4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在4小时的磨制之后，将涂覆TiN的cBN(29.22g)、正己烷(39ml)和Lubrizol(0.88ml)添加到磨罐并且磨制另外30分钟。将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥，然后将复合物粉末在真空炉中储存过夜。该复合物粉末具有60体积％的cBN。
第4部分：预复合物制备和高压高温烧结
将混合并干燥过的粉末压入金属包封。将约5.0g的粉末称重并放入约18mm直径的每个杯子中然后在半自动的液压/气动压力机中在8吨载荷下进行压制。然后将金属包封的预复合物在真空炉中以750℃热处理20分钟以便从粉末去除任何吸附的物类。然后以约6.8GPa和1350℃将密封的预复合物烧结20分钟。
第5部分：烧结复合片的加工和应用测试
对烧结的固体复合物进行加工(面和OD磨削随后磨光)以便暴露出圆片和切口10×10mm。对每种变体的小片进行精细抛光以便SEM分析。
将厚度为3.2mm的切削工具(切口10×10mm)进行刃制备并且在面车削连续操作(H05)和钻孔适度中断操作(H15)中在表面硬化钢的机加工中测试(工件-SAE 8620)。测试条件如下：速度：200m/min；进给：0.1mm；切削深度：0.15mm。
也在H15应用中制备和测试切削工具，如实施例1中所述。在H15中该材料的性能比行业基准好25％(示于图4中)。
实施例4
经由溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例3中所述的实验协议。以6.8GPa和约1450℃将复合物粉末(60体积％涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂)烧结20分钟。
使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了cBN、TiN、TiC0.7N0.3和TiB2的存在。
图6和7示出在实施例4的烧结材料的基质中的纳米陶瓷颗粒的精细结构。在这些图像中可以看到相当大分数的“超级-纳米TiN”颗粒(小于50nm)。在图6中cBN颗粒是灰白色基质中的大的深色颗粒。箭头显示位于cBN颗粒和基质之间的边界附近的超级-纳米TiN颗粒的区域。在图7的基质中可以看到非常细小的TiN颗粒。
还按实施例1中所述在H15应用中制备和测试切削工具。在H15中该材料的性能比行业基准好54％(示于图4中)。
实施例5
经由实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例3中所述的实验协议以便产生60体积％涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂的复合物粉末。以5.5GPa和约1450℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了cBN、TiN、TiC0.7N0.3和TiB2的存在。
实施例6
经由实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。为了生产包含45体积％涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂的复合物，将预反应粉末(27.85g)、WC球(3mm直径，160ml)、正己烷(41ml)和Lubrizol(0.84ml)放置在250ml的聚酰胺罐中并且使用Dispermat碾磨机以1500rpm的速度碾磨4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在4小时的磨制之后，将涂覆TiN的cBN(21.92g)、正己烷(26ml)和Lubrizol(0.66ml)添加到磨罐并且磨制另外30分钟。将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥，调节然后在真空炉中储存过夜。以6.8GPa和约1450℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了cBN、TiN、TiC0.7N0.3和TiB2的存在。
实施例7
经由实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例6中所述的实验协议以便生产45体积％涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂的复合物粉末。以5.5GPa和约1450℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了cBN、TiN、TiC0.7N0.3和TiB2的存在(如图8中所示)。
处理该材料以产生一种工具，在连续的面切削操作中相对于SAE8620钢来测试所述工具。切削条件是：200m/min切削速度、进给速率0.1mm/旋转和切削深度：0.15mm，并且该测试被简化—运行5道次(约700mm的滑行距离)。
测量侧面和月牙洼磨损以便与45体积％cBN参比材料进行比较。月牙洼磨损与PCBN材料中的化学磨损相关并且是以最大月牙洼磨损深度(KT)给出，确定该材料的月牙洼磨损为20微米，相比之下参比材料的月牙洼磨损为22微米(示于图9中)。还使用Alicona 3D成像技术确定(月牙洼中的)体积损失并且经测量其比参比材料低21％(示于图10中)。
实施例8
经由实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％的氮化钛的粉末混合物。按实施例3中所述制备由碳氮化钛(Ti(C0.5N0.5)0.8)和铝组成的预混物。然后对预反应的粉末进行碾磨。
将预反应的粉末(117.07g)、WC球(3mm直径，460ml)、正己烷(171.29ml)和Lubrizol(3.51ml)放置在750ml的聚酰胺罐中并且使用Dispermat碾磨机以1000rpm的速度碾磨4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在磨制之后，然后将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥以形成粘合剂。
通过超声处理实现涂覆15重量％TiN的cBN与粘合剂的混合。将粘合剂粉末(69.63g)、Lubrizol(2ml)和正己烷(200ml)放入800ml烧杯中并且使用BDC2000Branson超声发生器以40％振幅超声处理10分钟；然后将涂覆15重量％TiN的cBN(54.79g)添加到混合物并且超声处理另外5分钟。在超声处理期间在冰浴中冷却悬浮液。在超声处理后，使用旋转蒸发仪将混合物干燥，调节(粉末的受控氧化)并且储存在氮气柜中。
以5.5GPa和约1450℃烧结混合粉末20分钟。
使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了cBN、TiN、TiC0.7N0.3和TiB2的存在。
使用该材料进行如实施例7中所述的简化筛选应用测试。测得该材料的KT为19.4微米，相比之下参比材料的测量结果为22微米(示于图9中)。还使用Alicona 3D成像技术确定(月牙洼中的)体积损失并且经测量其为比参比材料低25％(示于图10中)。
实施例9
经由如实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例8中所述的实验协议以便生产45体积％涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂的复合物粉末。以5.5GPa和约1450℃烧结混合粉末20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了cBN、TiN、TiC0.7N0.3、AlN(痕量)、TiB2和痕量Al2O3的存在(如图11中所示)。
使用该材料进行如实施例7中所述的简化筛选应用测试。测得该材料的KT为18.9微米，相比之下参比材料的测量结果为22微米(示于图9中)。还使用Alicona 3D成像技术确定(月牙洼中的)体积损失并且经测量其比参比材料低28％(示于图10中)。
然后采用相同的切削条件在H05连续切削操作中运行该工具直到失效(“工具寿命”)。在该应用中测得该材料的工具寿命比参比材料高30％(具有相似的cBN含量)，从而提供了因纳米-TiN涂层的存在对cBN的化学保护的有力指示(示于图12中)。
实施例10
第1部分：在1.2微米cBN上涂覆30重量％TiN
经由溶胶-凝胶路径生产粉末混合物，其包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％的氮化钛。
a)-cBN粉末的分散
将85克的立方氮化硼粉末悬浮在1.2L的AR乙醇中并且使用BDC2000Branson超声发生器以35-45％的振幅超声探测15分钟以消除团聚物。在该周期结束时，使溶液冷却到室温并放置在剪切混合机下。
b)-用二氧化钛溶胶凝胶涂覆cBN
将钛前体异丙醇钛(IV)(137.80g)精确地称重并放入清洁且干燥的分液漏斗中并且用无水乙醇稀释四倍。关闭漏斗并且摇晃以使前体溶解在乙醇中。然后以约60℃的角度将漏斗夹紧到铁架台。将去离子水(87.34g)溶解在一定量的AR乙醇中使得总体积将与稀释的前体的体积相同并且将其转移到另一分液漏斗。将该漏斗也夹紧到铁架台上。将如此制备的两个溶液以2滴/秒的速度同时注入剪切混合粒料悬浮液持续约2小时。在添加试剂后，使悬浮液在同样条件下继续混合1.5小时。将混合物转移到搅拌器盘上、覆盖并且以400rpm搅拌过夜。然后将混合物在旋转蒸发仪中干燥并且随后在80℃的烘箱中干燥24小时。
c)-涂覆粉末的热处理
使用212μm的筛子将涂覆粉末过筛并且移入氧化铝舟中，用以使用马弗炉在静态空气中的煅烧。在450℃下煅烧样品，5℃/min，持续5小时。在煅烧后，在1100℃的管式炉中使用100％氨气(4l/min)将样品氮化(受控气氛中的热处理)持续5小时。加热速率设定在10℃/min。然后获得涂覆15重量％TiN的cBN。
第2部分：预混料制备
a)-预反应
将Ti(C0.5N0.5)0.8(135g)和铝(15g)粉末与8×8mm WC球一起放置在250ml塑料容器中并且使用摇摆混合机预混合1小时。在去除WC球后将混合的粉末放入钛杯内并且压实；然后在真空炉中于1025℃下预反应。然后使用研钵及研杵将预反应过的小块压碎并且使用212μm筛子筛分所产生的材料。
第3部分：涂覆TiN的cBN与粘合剂的碾磨和混合
将预反应过的粉末(13.21g)、WC球(3mm直径，160ml)、正己烷(20ml)和Lubrizol(0.40ml)放置在250ml的聚酰胺罐中并且使用Dispermat碾磨机以1500rpm的速度碾磨持续4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在4小时的磨制后，将涂覆TiN的cBN(35.49g)、正己烷(48ml)和Lubrizol(1.1ml)添加至磨罐并且磨制另外30分钟。将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥，调节并且在真空炉中储存过夜。该复合物粉末具有60体积％的cBN。
第4部分：预复合物制备和高压高温烧结
将复合物粉末压入金属包封。将约5.0g的粉末称重并放入具有约18mm直径的每个杯子中并然后在半自动的液压/气动压力机中在8吨载荷下进行压制。然后在真空炉中以750℃对预复合物进行热处理20分钟以便从粉末去除任何吸附的物类。然后以约5.5GPa和1350℃将密封的预复合物烧结20分钟。
第5部分：烧结复合片的加工
对烧结的固体复合物进行加工(面和OD磨削随后磨光)以便暴露出圆片和切口10×10mm。对每种变体的小片进行精细抛光以便SEM分析。
使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认cBN、TiN、TiC0.7N0.3和TiB2的存在。
实施例11
经由实施例10中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的30重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例10中所述的实验协议并且产生60体积％cBN和Ti(C0.5N0.5)0.8/Al基质材料。以6.8GPa和约1450℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了材料的纳米结构和均匀性。
实施例12
经由如实施例10中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的30重量％氮化钛的粉末混合物。为了生产包含45体积％涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂的复合物，将预反应粉末(23.84g)、WC球(3mm直径，160ml)、正己烷(35ml)和Lubrizol(0.74ml)放置在250ml的聚酰胺罐中并且使用Dispermat碾磨机以1500rpm的速度碾磨4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在4小时的磨制后，将涂覆TiN的cBN(26.61g)、正己烷(32ml)和Lubrizol(0.80ml)添加到磨罐并且磨制另外30分钟。将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥，调节并然后在真空炉中储存过夜。以5.5GPa和约1350℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了材料的纳米结构和均匀性。
实施例13
经由如实施例10中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的30重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例12中所述的实验协议以便生产涂覆纳米TiN的45体积％cBN和Ti(C0.5N0.5)0.8/Al磨制材料的复合物粉末。以6.8GPa和约1450℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了材料的纳米结构和均匀性。
实施例14
经由如实施例10中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的30重量％氮化钛的粉末混合物。为了生产包含30体积％的涂覆TiN的cBN+Ti(C0.5N0.5)0.8/Al粘合剂的复合物，将预反应的粉末(34.48g)、WC球(3mm直径，160ml)、正己烷(51ml)和Lubrizol(1.0ml)放置在250ml的聚酰胺罐中并且使用Dispermat碾磨机以1500rpm的速度碾磨4小时的时段。在磨制过程期间以不同的时间间隔进行己烷添加以便保持浆料粘度尽可能一致。在4小时的磨制后，将涂覆TiN的cBN(17.74g)、正己烷(16ml)和Lubrizol(0.53ml)添加至磨罐并且磨制另外30分钟。将浆料与球分离并且使用旋转蒸发仪干燥，调节并然后在真空炉中储存过夜。以5.5GPa和约1350℃将粉末体系烧结30分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了材料的纳米结构和均匀性。
实施例15
经由如实施例10中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的30重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例14中所述的实验协议以便生产涂覆纳米TiN的30体积％cBN和Ti(C0.5N0.5)0.8/Al磨制材料的复合物粉末。以5.5GPa和约1400℃将粉末体系烧结30分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析，这确认了材料的纳米结构和均匀性。
实施例16
经由如实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例8中所述的实验协议。将磨制的陶瓷粉末的量调整至77.38g并且将涂覆TiN的cBN的量调整至48.71g以产生40体积％cBN连同纳米TiN与Ti(C0.5N0.5)0.8/Al的基质的复合物粉末。以5.5GPa和约1350℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析来分析加工过的材料。
实施例17
经由如实施例3中所述的溶胶-凝胶路径生产包含涂覆在立方氮化硼(1.2μm平均晶粒尺寸)上的15重量％氮化钛的粉末混合物。遵循如实施例8中所述的实验协议。将粘合剂的量调整至54.14g并且将涂覆TiN的cBN的量调整至66.97g以产生涂覆纳米TiN的40体积％cBN连同磨制的Ti(C0.5N0.5)0.8/Al基质材料的复合物粉末。以5.5GPa和约1350℃将粉末体系烧结20分钟。使用XRD和SEM分析对处理过的材料进行分析。
参比材料
为了将示例性材料与参比物进行比较，制备了包含未被TiN涂覆的cBN颗粒的参比材料。
在H15机加工应用的情形中参比材料(参比1)是平均颗粒尺寸为1.5微米的55体积％cBN材料和亚微米的基质材料以及纳米TiC0.5N0.5/AlN(通过碾磨粉末处理路径所产生)。
在H05应用的情形中的参比材料(参比2)是平均颗粒尺寸为1.5微米的45体积％cBN材料和具有亚微米的基质材料以及纳米TiC0.5N0.5/AlN(通过碾磨粉末处理路径所产生)。
为了便于参考，在表2中给出上述示例性材料的汇总。第2列显示当施加为涂层时作为cBN颗粒一部分的TiN涂层的重量百分比。第6列显示来源于最终组合物中的涂层的纳米TiN的总体积百分比。可存在另外的纳米TiN颗粒，其存在于由粘合剂前体材料形成的基质中。
表2
颗粒尺寸
为了表征所得烧结材料，进行颗粒尺寸分析。沿材料的主要长度跨每种材料的三幅图像画线，并且采用线性截距法来估算cBN晶粒之间基质中的所有颗粒的颗粒尺寸。这导致每个实施例在600和1000颗粒之间的测量。
然后依据小于50nm、小于75nm以及小于100nm的颗粒的频率分布和数目分数来绘出线性颗粒尺寸。将结果提供于表3中：
表3
实施例4 实施例6 实施例7 实施例10 实施例11 实施例13 参比1
<50nm 0.18 0.2 0.24 0.34 0.27 0.30 0.27
<75nm 0.32 0.48 0.41 0.47
<100nm 0.51 0.55 0.47 0.69 0.62 0.68 0.55
绘出实施例的晶粒尺寸分布。例如，图13显示了实施例13材料的晶粒尺寸的频数分布。
然后将颗粒尺寸转换成近似的颗粒直径并且假设cBN颗粒是球形，计算单个颗粒的面积。
通过所有单个颗粒的求和(summation)计算基质材料的总面积并且计算不同颗粒尺寸的所谓的“面积”分数。例如，在直径小于100nm的颗粒的总面积是通过面积求和以及作为总基质面积的分数计算得出的计算结果。表4中提供了基质中颗粒的面积分数。
表4
实施例4 实施例7 实施例8 实施例10 实施例11 实施例13 参比1
<50nm 0.18 0.28 0.26 0.34 0.27 0.31 0.38
<75nm 0.32 0.40 0.38 0.48 0.41 0.47 0.54
<100nm 0.51 0.57 0.50 0.69 0.62 0.68 0.68
放电加工
从生产和工具制造的角度来看，与激光加工相比，当使用放电加工(EDM)时费用以及工具边缘的品质得到改善。这是因为激光加工能导致切削工具上的边缘上的损伤。因此EDM是受喜爱的。以其原始形式的渗流理论(Broadbent,S.R.,Hammersley,J.M.,Proc.Camb.Philos.Soc.,第53卷,1957,第629页,Kirkpatrick,S.,Modern Phys.,第45卷,1973,第574页)显示：如果不超过“流体携带通道”或活性键的某些非零数值，则流体的流动将不会发生。该数值被称作“渗流阈值”(Kirkpatrick,S.,Rev.Modern Phys.,第45卷,1973,第574页)。这是一种用于无序系统的标准模型并且在1971年Shante和Kirkpatrick(Shante,V.K.S.,Kirkpatrick,S.,Adv.Phys.,第20卷,1971,第325页)建议可使用该理论来解释在一些无序固态体系中的导体-半导体转变。
根据该模型，倘若超过渗流阈值，则在高电阻率颗粒(例如cBN)之间互相连接的低电阻系数相(例如TiN(Weimer,A.W.,Carbide,Nitride and Boride Material Synthesisand Processing,Chapman and Hall,London 1997))的连续路径可提供传导路径。对于固态体系，这可以是在整个材料的5和30体积％之间。
Kawano等人给出用纳米氮化钛涂覆并且通过放电等离子体烧结进行烧结的Si3N4的实例(Kawano等人,Journal of European Ceramic Society,第24卷,2004,第309-312页)，其中该复合材料的电阻率从0体积％TiN时的10^8ohm cm减小到添加17.5体积％以上纳米TiN时的10^-3ohm cm。在10^-3ohm cm电阻率的水平，认为材料的EDM可切削性是可行的。
当使用上述的烧结材料制造工具时，在cBN颗粒之间的基质中存在非相TiN颗粒，除在加工操作期间对cBN颗粒提供化学屏蔽以外，这也允许使用EDM将烧结材料加工成期望的工具形式。在基质中存在至少约5至15体积％TiN对于允许EDM来说应该是适当的，只要TiN颗粒形成穿过材料的连续传导路径。
定义
如本文中所使用的，“超硬材料”是具有至少约28GPa的维氏硬度的材料。金刚石和立方氮化硼(cBN)材料是超硬材料的实例。
如本文中所使用的，PCBN(聚晶立方氮化硼)材料是指包含分散在基质内(所述基质包含金属或陶瓷)的立方氮化硼(cBN)晶粒的一类超硬材料。PCBN是超硬材料的实例。
如本文中所使用的，“PCBN结构”包含PCBN材料的物体。
“粘合剂材料”被理解为意指完全或部分填充聚晶结构内的孔隙、间隙或间隙区域的材料。
大量的晶粒的多模态尺寸分布被理解为意指晶粒具有多于一个峰值的尺寸分布，每个峰值对应于各个“模态”。可以通过提供多于一个源的多个晶粒(每个源包含具有显著不同的平均尺寸的晶粒)以及将来自所述源的晶粒或颗粒共混在一起来制造多模态的聚晶物体。在一个实施方案中，PCBN结构可以包含具有多模态分布的cBN晶粒。
如本文中所使用的，“超级纳米”颗粒是具有50nm以下的尺寸的颗粒。
虽然已参照实施方案具体显示和描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，可以进行形式和细节的各种改变而不背离所述权利要求书中限定的发明范围。例如，尽管所有实施例使用cBN作为超硬相，但将理解的是可以将相同的技术用于其它类型的超硬材料，例如金刚石。
此外，以上实施例涉及提供TiN涂层以充当超硬颗粒的化学屏蔽并且保护它们免受化学磨损。可以使用其它类型的涂层。例如，可以添加基本上四方晶系的氧化锆的涂层。如果四方晶系的氧化锆变为单斜相，则这具有提供相变增韧机制的进一步益处。

Claims (34)

1.一种制造聚晶磨料构造的方法，该方法包括：
提供多个超硬材料颗粒，所述颗粒涂覆有第一基质前体材料；
提供平均尺寸小于2微米的多个第二基质前体颗粒，所述第二基质前体颗粒包括液相烧结剂；
将所述多个超硬材料颗粒与第二基质前体材料的颗粒混合在一起；
在2.5GPa和8GPa之间的压力以及600℃和1800℃之间的温度下对所述多个超硬材料颗粒和基质前体材料的颗粒进行固结和烧结。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：在将所述多个超硬材料颗粒与第二基质前体材料的颗粒混合在一起之前，于500℃和1100℃之间的温度下在真空中使第二基质前体颗粒预反应。
3.根据权利要求1或2所述的方法，该方法进一步包括使用溶胶-凝胶工艺用第一基质前体材料涂覆所述多个超硬材料颗粒。
4.根据权利要求3所述的方法，该方法进一步包括氮化所述第一基质前体材料。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，该方法进一步包括通过碾磨和超声处理中的任何处理将所述多个超硬材料颗粒与第二基质前体材料的颗粒混合在一起。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中所述超硬材料选自立方氮化硼和金刚石。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一基质材料选自下列中的任何：钛、锆、硅、铝、钒、铌、钽、铬、钨和铪中任何的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其中第一基质前体材料包含氮化钛。
9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其中第一基质前体材料包含任何下列成分：氧化锆、氧化硅和氧化铝。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中第一基质前体材料包含任何下列组合：氧化锆和氮化钛的组合，以及氮化钛和氮化钽的组合。
11.根据权利要求1至10任一项所述的方法，其中第二基质前体材料包含任何下列元素的化合物：钛和铝。
12.根据权利要求1至11任一项所述的方法，其中第二基质前体材料包含任何下列成分：碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝。
13.根权利要求1至12任一项所述的方法，该方法进一步包括在4GPa和8GPa之间的压力以及1100℃和1600℃之间的温度下固结和烧结所述多个超硬材料颗粒和基质前体材料的颗粒。
14.根据权利要求1至12任一项所述的方法，该方法进一步包括在4GPa和6GPa之间的压力以及1100℃和1350℃之间的温度下固结和烧结所述多个超硬材料颗粒和基质前体材料的颗粒。
15.根据权利要求1至11任一项所述的方法，其中以所述超硬材料的5和50重量％之间的量提供第一涂覆材料。
16.根据权利要求1至15任一项所述的方法，其中所述聚晶磨料构造包含20和79体积％之间的超硬材料。
17.一种聚晶磨料构造，其包含：
多个超硬材料颗粒，所述多个颗粒分散在基质材料中，其中基质材料包含来源于液相烧结助剂的材料；
分散在基质中的多个化学屏蔽颗粒，所述化学屏蔽颗粒具有小于100nm的平均颗粒尺寸，其中大于50％的化学屏蔽颗粒基本上位于超硬颗粒与基质之间的边界处。
18.根据权利要求17所述的聚晶磨料构造，其中所述超硬材料选自立方氮化硼和金刚石。
19.根据权利要求17或18所述的聚晶磨料构造，其中所述化学屏蔽颗粒包含选自如下的材料：钛、锆、硅、铝、钒、铌、钽、铬、钨和铪中任何的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物中的任何。
20.根据权利要求17、18或19所述的聚晶磨料构造，其中所述化学屏蔽颗粒包含氮化钛。
21.根据权利要求17至20任一项所述的聚晶磨料构造，其中所述基质包含以下任何元素的化合物：钛和铝。
22.根据权利要求17至21任一项所述的聚晶磨料构造，其中所述基质包含任何下列成分：碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝。
23.根据权利要求17至22任一项所述的聚晶磨料构造，其中所述基质包含至少5体积％的氮化钛，使得所述聚晶磨料构造是可放电加工的。
24.根据权利要求17至23任一项所述的聚晶磨料构造，其中构成包括化学屏蔽颗粒在内的基质的颗粒的5-100％具有小于100nm的按面积计的尺寸。
25.根据权利要求17至24任一项所述的聚晶磨料构造，其中构成包括化学屏蔽颗粒在内的基质的颗粒的10-80％具有小于100nm的按面积计的尺寸。
26.根据权利要求17至25任一项所述的聚晶磨料构造，其其中构成包括化学屏蔽颗粒在内的基质的颗粒的15-80％具有小于100nm的按面积计的尺寸。
27.根据权利要求17至任一项所述的聚晶磨料构造，其中构成包括化学屏蔽颗粒在内的基质的颗粒的5-30％具有小于50nm的按面积计的尺寸。
28.根据权利要求17至27任一项所述的聚晶磨料构造，其包含20-79体积％的超硬材料。
29.一种聚晶磨料构造，其包含：
多个超硬材料颗粒，所述多个颗粒分散在基质材料中；
其中基质材料包含来源于液相烧结助剂的材料，并且其中基质中大于95％的颗粒具有小于100nm的按面积计的颗粒尺寸。
30.根据权利要求29所述的聚晶磨料构造，其中所述超硬材料选自立方氮化硼和金刚石。
31.根据权利要求29或30所述的聚晶磨料构造，其中所述基质包括含任何以下元素的化合物的颗粒：钛和铝。
32.根据权利要求29、30或31任一项所述的聚晶磨料构造，其中所述基质包括含任何以下成分的颗粒：碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝。
33.根据权利要求29至32任一项所述的聚晶磨料构造，其中所述构造包含至少5体积％的氮化钛，使得所述聚晶磨料构造是可放电加工的。
34.机加工工具，其包含如权利要求17至33任一项所述的聚晶磨料构造。
CN201680023902.4A 2015-03-09 2016-03-08 聚晶磨料构造 Active CN107531578B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB201503976A GB201503976D0 (en) 2015-03-09 2015-03-09 Polycrystalline abrasive constructions
GB1503976.1 2015-03-09
PCT/EP2016/054886 WO2016142368A2 (en) 2015-03-09 2016-03-08 Polycrystalline abrasive constructions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107531578A true CN107531578A (zh) 2018-01-02
CN107531578B CN107531578B (zh) 2021-06-15

Family

ID=52998637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680023902.4A Active CN107531578B (zh) 2015-03-09 2016-03-08 聚晶磨料构造

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10703679B2 (zh)
EP (1) EP3268330B1 (zh)
JP (1) JP6523478B2 (zh)
KR (1) KR102011586B1 (zh)
CN (1) CN107531578B (zh)
GB (3) GB201503976D0 (zh)
WO (1) WO2016142368A2 (zh)
ZA (1) ZA201706132B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112608153A (zh) * 2020-12-10 2021-04-06 富耐克超硬材料股份有限公司 高导热高强度散热基板及其制备方法
CN113831129A (zh) * 2021-10-13 2021-12-24 富耐克超硬材料股份有限公司 一种超硬刀具的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110015895A (zh) * 2019-04-01 2019-07-16 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 一种氧化铝-氧化锆-氧化钇-氮化钛纳米复合陶瓷粉体及其制备方法
WO2024050006A1 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive agglomerates having cubic boron nitride, abrasive article including abrasive agglomerates including cubic boron nitride and methods of forming

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0839776A2 (en) * 1996-10-31 1998-05-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hard and tough sintered body
EP1006093A1 (en) * 1998-12-04 2000-06-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. High hardness and strength sintered body
CN1954042A (zh) * 2004-09-23 2007-04-25 六号元素(控股)公司 多晶磨料及其制备方法
US20070234646A1 (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Antionette Can Polycrystalline abrasive compacts
CN102292307A (zh) * 2008-12-22 2011-12-21 六号元素（产品）（控股）公司 超硬/硬质复合材料

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60138044A (ja) * 1983-12-27 1985-07-22 Tatsuro Kuratomi 立方晶窒化硼素サ−メツト複合焼結組織体およびその製造法
US5096465A (en) * 1989-12-13 1992-03-17 Norton Company Diamond metal composite cutter and method for making same
JP2002275571A (ja) * 2001-03-13 2002-09-25 Toshiba Tungaloy Co Ltd ｃＢＮ基焼結体およびその被覆工具
JP5594568B2 (ja) * 2010-03-10 2014-09-24 三菱マテリアル株式会社 立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結材料製切削工具及び表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
US9346716B2 (en) * 2010-03-12 2016-05-24 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Tool made of cubic boron nitride sintered body

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0839776A2 (en) * 1996-10-31 1998-05-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hard and tough sintered body
EP1006093A1 (en) * 1998-12-04 2000-06-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. High hardness and strength sintered body
CN1954042A (zh) * 2004-09-23 2007-04-25 六号元素(控股)公司 多晶磨料及其制备方法
US20070234646A1 (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Antionette Can Polycrystalline abrasive compacts
CN102292307A (zh) * 2008-12-22 2011-12-21 六号元素（产品）（控股）公司 超硬/硬质复合材料

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112608153A (zh) * 2020-12-10 2021-04-06 富耐克超硬材料股份有限公司 高导热高强度散热基板及其制备方法
CN113831129A (zh) * 2021-10-13 2021-12-24 富耐克超硬材料股份有限公司 一种超硬刀具的制备方法
CN113831129B (zh) * 2021-10-13 2023-06-02 富耐克超硬材料股份有限公司 一种超硬刀具的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3268330B1 (en) 2022-11-09
JP6523478B2 (ja) 2019-06-05
GB2537733A (en) 2016-10-26
GB201503976D0 (en) 2015-04-22
GB201603865D0 (en) 2016-04-20
US20180244581A1 (en) 2018-08-30
GB201603961D0 (en) 2016-04-20
EP3268330A2 (en) 2018-01-17
WO2016142368A2 (en) 2016-09-15
CN107531578B (zh) 2021-06-15
ZA201706132B (en) 2020-11-25
WO2016142368A3 (en) 2016-10-27
US10703679B2 (en) 2020-07-07
KR20170127504A (ko) 2017-11-21
JP2018508376A (ja) 2018-03-29
KR102011586B1 (ko) 2019-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1954042B (zh) 多晶磨料及其制备方法
JP5420173B2 (ja) 粉末組成物を製造する方法、ｃｂｎ成形体、工具インサート
EP0715930B1 (en) Abrasive body
JP5226522B2 (ja) 立方晶系窒化ホウ素成形体
US9714198B2 (en) Method for preparing titanium nitride-titanium diboride-cubic boron nitride composite material
JP7384770B2 (ja) 焼結多結晶立方晶窒化ホウ素材料
JP2010522776A (ja) 多結晶質研磨材料成形体
JPH03187978A (ja) 被覆セラミック粒子と製法
CN107531578A (zh) 聚晶磨料构造
JP3948633B2 (ja) 被覆高圧型窒化硼素焼結体及びその製造法
JP2023511696A (ja) 多結晶立方晶窒化ホウ素材料
JPH1161315A (ja) 粒内分散強化ｗｃ含有超硬合金およびその製法
JP2013234335A (ja) 多結晶質研磨材料成形体
JP2004182590A (ja) 被覆ダイヤモンド準微粒子焼結体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant