CN107759227B - 一种采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用触媒法由六方氮化硼直接转化制备PcBN刀具材料的方法，包括如下步骤：步骤一，把六方氮化硼与触媒一起混合球磨、制粉，再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒和热处理，制成具有核壳结构的复合物颗粒。步骤二，把步骤一中得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、无机非金属晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。步骤三，把步骤二得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。本发明制备的复合材料具有断裂韧性好、抗冲击性能高。
Description
技术领域
本发明涉及超硬复合材料制品的制备技术领域，具体涉及一种直接转化法低成本聚晶立方氮化硼刀具复合材料及其制备方法。
背景技术
人造金刚石和立方型晶体结构的氮化硼，以及由这两种材料为主要成分制得的复合材料，都称为超硬材料。之所以被称为超硬材料，是因为目前工业上应用硬度最高的物质。由它们制成的各种各类工具与功能部件又通称为超硬材料制品，或超硬材料工具，俗称“工业牙齿”。
立方氮化硼热稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性能和硬度，具有很好的红硬性。以立方氮化硼微粉为主要原料，可以加入粘结剂，也可以在不加任何粘结剂的条件下，经超高压高温烧结合成得到聚晶立方氮化硼（Polycrystalline cubicBoron Nitride, 缩写为PcBN）。PcBN具有立方氮化硼的大部分性能，克服了立方氮化硼单晶的晶面方向性解理的缺点。采用聚晶立方氮化硼材料制得刀具，具有高硬度、高传热效率、高耐磨性、以及突出的耐高温性能等。
随着智能制造技术的快速进步，汽车、航空航天以及模具等行业对数控刀具提出了越来越高的要求，要求刀具具备高速度、高效率、高精度、高可靠性和专用化的特点。这一方面，在机械加工时，主要加工方式表现为“干切削”、“以车代磨”、“以铣代磨”、“硬态切削”等。实现了对难加工材料，诸如“镍基高温合金”、“淬硬钢”、“铁基粉末冶金材料”、“模具钢”、“复杂复合材料”等的有效加工。随着加工材料（对象）的不断开发、加工技术的不断进步，以及加工机床的多样化和专业化，对刀具和制造刀具的材料提出了广度和精度的新要求。所说的精度是加工的高精度。所说的广度是指刀具适用性和性价比的复杂性和多样性。
因此，针对不同的加工对象开发适用性强、性价比高的刀具具有重要的现实意义和应用价值。发展的趋势是不断在不同的加工应用中代替硬质合金刀具和陶瓷刀具。现在市场上绝大多数机床应用的仍然是硬质合金刀具和陶瓷刀具。虽然在工业实际应用中，PcBN刀具的应用越来越广，适用性越来越强，加工效率越来越高。但是由于PcBN的合成成本较高，对普及其应用替代硬质合金刀具和陶瓷刀具还有许多工作要做，其中最重要的就是不断降低PcBN刀具材料的制造成本。
从公开的专利文献看，关于PcBN刀具材料的技术发明多是在以立方氮化硼为基础超硬原料，加入不同类型的粘结剂，经超高压高温烧结制得的。如，中国发明专利CN103030397 B公开了一种立方氮化硼聚晶（PcBN）复合材料的制备方法，以非化学计量比的氮化钛作为立方氮化硼聚晶复合材料中粘接剂的基本组份，与氮化铝或碳化钛中的一种或二种组成粘接剂的组份，再与立方氮化硼单晶通过高温高压烧结制备出立方氮化硼聚晶复合材料，目的在于提高材料的硬度和断裂韧性。
中国专利CN 104591742 B公开了一种自润滑PcBN刀具材料及其制备方法，以立方氮化硼微粉为主，除了碳化钛、氮化铝、氮化钛等结合剂之外，还在结合剂中添加了一定量的铝镁硼（AlMgB14）。所述刀具既可以保证硬度、韧性，又降低了刀具与铸铁材料的摩擦系数，延长了刀具的寿命。
中国专利CN 102557647A公开了一种PcBN复合材料，除了一般的结合剂以外，添加了SiC晶须、纳米金刚石、氮化硅粉作为辅料制成PcBN复合材料，提高了刀具材料的耐磨和耐崩损性。中国专利CN101712550A还以立方氮化硼为主要原料，并加入高纯度硼和铝微晶粉，以及具有金刚石结构的碳，在超高温高压下制备出了一种硬度强，耐磨性和耐热性强的PcBN超硬刀具。
中国专利CN 103789596 B公开了一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法，聚晶立方氮化硼刀具材料是由立方氮化硼微粉、金属粉、氮化物与碳化物组成，采用粉体材料化学、物理净化、高能球磨、无蜡制粒工艺、冷压成形初坯，采用六面顶压机超高压高温烧结制备成细粒度聚晶立方氮化硼刀具材料，具有高耐磨性和足够韧性。
以上提到的发明专利都是采用由两步法合成，先用六方氮化硼合成立方氮化硼，再用立方氮化硼合成聚晶立方氮化硼，其缺点是工序复杂，涉及强酸提纯，成本高，污染环境。
为了降低成本，开发能在多个应用领域大量代替硬质合金刀具和陶瓷刀具的PcBN材料，材料硬度不是最重要的，很容易满足，而其制造成本是最主要的因素。导致PcBN刀具材料制造高成本的主要有以下两个因素，（1）合成工序复杂。需要把六方氮化硼先经过触媒法超高压高温合成立方氮化硼，经化学处理提纯，再以立方氮化硼为原料添加不同类型的粘接剂经第二次超高压高温合成PcBN。（2）超硬材料立方氮化硼的产量低，价格高。目前，经过技术进步和工业发展，超硬材料立方氮化硼的产量已经出现供大于求的局面，价格降低到可以广泛应用的情况。可见，要从成本上降低，从合成工序上着手才是根本。
发明内容
本发明提出了一种由六方氮化硼直接转化制备PcBN刀具材料的方法，以六方氮化硼为起始原料与触媒混合、造粒，再与其他组分立方氮化硼、纳米金刚石、无机晶须、粘接剂充分混合，采用六面顶压机超高压高温技术合成PcBN刀具材料的烧结制备方法。该方法中，PcBN刀具材料中一部分cBN是由六方氮化硼直接转化而得到的，没有经过二次合成，降低了制造成本。
实现本发明的技术方案是：一种采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，步骤如下：
（1）把六方氮化硼与触媒混合球磨3～12 h，得到混合粉，采用莫来石溶胶包覆混合粉，经造粒和热处理，制成具有核壳结构的复合物颗粒；
（2）将步骤（1）中得到复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、无机非金属晶须、粘结剂混合得到混合料；
（3）将步骤（2）得到的混合料装入石墨模具中，然后装入叶腊石腔体，封头、装配成合成块，烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。
所述步骤（1）中的触媒为氮化锂镁，所述六方氮化硼与触媒的质量比是1:1。
氮化锂镁（LiMgN）的制备方法如下：将氮化锂和镁金属在氮气存在下，于600-700℃焙烧6-7h得到，具体步骤见专利01115280.X。
所述步骤（1）中的莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯反应制成，将0.3mol的异丙醇铝、0.2mol的正硅酸乙酯加入到12.4mol的蒸馏水中混合，混合后加入硝酸调节pH值为2.5～3.2，在60±1℃的温度下反应8～16h，得到莫来石溶胶。
所述步骤（1）中将混合粉加入到莫来石溶胶中，混合粉与莫来石溶胶中的固体物质的质量比为80:20，之后在600～800 ℃下热处理10～30 min，得到核壳结构的复合物颗粒，复合物颗粒的尺寸为1～20 µm。
所述步骤（2）中复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、无机非金属晶须、粘结剂的重量百分比分别为：复合物颗粒20%～40 %，立方氮化硼微粉43%～65 %，金刚石微粉2%～8 %，无机非金属晶须0.5 %～2 %，粘结剂1 %～16 %。
所述步骤（2）中的无机非金属晶须为氧化铝、氮化硅、碳化硅和硼纤维的任意一种或两种晶须，无机非金属晶须的长度在100 nm-200 µm，直径不大于200 nm。
所述步骤（2）中粘结剂是金属钴粉、金属镍粉、氮化钛、氮化铝、碳化钛、碳化钨中的任意一种、两种或三种，粘结剂的纯度均大于99%，粒径不大于10µm。
所述步骤（2）中立方氮化硼微粉的粒度在100nm～50µm，金刚石微粉的粒度在100nm～50µm。
所述步骤（3）中超高压高温烧结采用六面顶压机设备进行合成，压力为4～6.8GPa，温度1320～1650 ℃，合成时间10～45 min。
所述步骤（1）中具有核壳结构的复合物颗粒，混合粉在核层，莫来石溶胶在壳层。
本发明的有益效果是：本发明充分利用触媒法由六方氮化硼直接转化制备立方氮化硼，反应产物同时成为PcBN的主要成分，如此制备的立方氮化硼聚晶刀具复合材料，适合于低含量立方氮化硼制备的聚晶立方氮化硼复合聚晶，具有断裂韧性好、抗冲击性能高，可以大大降低刀具复合材料的制造工序和加工成本，用以代替陶瓷刀具，而硬度和耐磨性等性能又优于陶瓷材料，提高刀具的加工效率和加工精度。刀具PcBN复合材料被加工型性好，可以采用线切割、激光切割等技术把刀片设计加工成不同的形状，增加刀具的刀刃数。加工成的刀具用于加工硬度适中的工件材料，如，纤维复合材料、木材复合材料、普通金属材料等材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH值设定为3.0，在60±1℃的温度下反应10 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在650 ℃下热处理25 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒，六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒20 %，立方氮化硼微粉60 %，金刚石微粉4%，氧化铝晶须1 %，粘结剂15 %。其中，氧化铝晶须直径120 nm，长度20 µm。粘结剂为氮化钛和碳化钛的复合物，粒度为2～5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70（wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在1～10µm，金刚石微粉粒度为1～2 µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5.4 GPa，温度1550 ℃，合成时间35 min。
上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片显微硬度为HV6100±56，冲击韧性为675次，三点弯曲法测试抗弯强度为666±53 MPa，采用标准JB/T3235-1999测试磨耗比为7600±109。
实施例2
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取10 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为3.0，在60±1 ℃的温度下反应10 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在650 ℃下热处理25 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒22 %，立方氮化硼微粉58 %，金刚石微粉7%，氧化铝晶须2 %，粘结剂11 %。其中，氧化铝晶须直径120 nm，长度20 µm。粘结剂为氮化钛和碳化钛的复合物，粒度为2～5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在1～10µm，金刚石微粉粒度为1～2 µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5.4 GPa，温度1550 ℃，合成时间35 min。
上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片显微硬度为HV6540±47，冲击韧性为721次，三点弯曲法测试抗弯强度为678±46 MPa，采用标准JB/T3235-1999测试磨耗比为8110±78。
实施例3
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为3.0，在60±1 ℃的温度下反应8 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在650 ℃下热处理30min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒40 %，立方氮化硼微粉43 %，金刚石微粉2%，氧化铝晶须2 %，粘结剂13 %。其中，氧化铝晶须直径120 nm，长度20 µm。粘结剂为氮化钛和碳化钛的复合物，粒度为2～5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为40:60 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在1～10µm，金刚石微粉粒度为1～3 µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5.5 GPa，温度1490 ℃，合成时间38 min。
上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片显微硬度为HV5870±61，冲击韧性为690次，三点弯曲法测试抗弯强度为671±43 MPa，采用标准JB/T3235-1999测试磨耗比为6230±67。
实施例4
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为3.0，在60±1 ℃的温度下反应10 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在650 ℃下热处理25 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒30 %，立方氮化硼微粉50 %，金刚石微粉8%，氧化铝晶须0.5 %，粘结剂11.5 %。其中，氧化铝晶须直径120 nm，长度20 µm。粘结剂为氮化钛和碳化钛的复合物，粒度为2～5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在1～10µm，金刚石微粉粒度为1～2 µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5.2 GPa，温度1580 ℃，合成时间40 min。
上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片显微硬度为HV6009±43，冲击韧性为598次，三点弯曲法测试抗弯强度为614±39 MPa，采用标准JB/T3235-1999测试磨耗比为7135±87。
实施例5
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为3.0，在60±1 ℃的温度下反应10 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在650 ℃下热处理25 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒25 %，立方氮化硼微粉53 %，金刚石微粉5%，氮化硅晶须1 %，粘结剂16 %。其中，氮化硅晶须直径120 nm，长度20 µm。粘结剂为氮化钛和碳化钛的复合物，粒度为2～5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在1～10µm，金刚石微粉粒度为1～2 µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5.4 GPa，温度1550 ℃，合成时间35 min。
上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片显微硬度为HV6312±51，冲击韧性为676次，三点弯曲法测试抗弯强度为710±44 MPa，采用标准JB/T3235-1999测试磨耗比为7546±67。
实施例6
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为3.0，在60±1 ℃的温度下反应10 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在650 ℃下热处理25 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒40%，立方氮化硼微粉49 %，金刚石微粉8%，氮化硅晶须2 %，粘结剂1 %。其中，氮化硅晶须直径120 nm，长度20 µm。粘结剂为氮化钛和碳化钛的复合物，粒度为2～5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在1～10µm，金刚石微粉粒度为1～2 µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5.4 GPa，温度1550 ℃，合成时间35 min。
上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片显微硬度为HV6332±40，冲击韧性为712次，三点弯曲法测试抗弯强度为677±52 MPa，采用标准JB/T3235-1999测试磨耗比为7220±91。
实施例7
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨3 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为2.5，在60±1 ℃的温度下反应8 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在600 ℃下热处理30 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒30%，立方氮化硼微粉50 %，金刚石微粉8%，碳化硅0.5%，硼纤维1.5 %，粘结剂10 %。其中，氮化硅晶须直径100 nm，长度20 µm。粘结剂为金属钴粉、金属镍粉的混合物，粒度为2 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在100nmµm，金刚石微粉粒度为100nmµm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为4 GPa，温度1650 ℃，合成时间10 min。
实施例8
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨8 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为 3，在60±1 ℃的温度下反应10 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在700 ℃下热处理20 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒25 %，立方氮化硼微粉55 %，金刚石微粉5%，氧化铝、氮化硅、碳化硅和硼纤维晶须2 %，粘结剂13 %。其中，氮化硅晶须直径100 µm，长度20 µm。粘结剂为氮化铝、碳化钛和碳化钨的复合物，粒度为3 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在10µm，金刚石微粉粒度为20µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为5 GPa，温度1500 ℃，合成时间30 min。
实施例9
把六方氮化硼与触媒氮化锂镁(MgLiN）一起混合，二者质量比是1:1，球磨12 h，制粉，选取8 g。莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯二者反应而成，异丙醇铝0.30 mol，正硅酸乙酯0.2 mol，加入蒸馏水12.4 mol，加入硝酸调节pH 值设定为 3.2，在60±1 ℃的温度下反应16 h，得到透明的莫来石溶胶。再采用莫来石溶胶包覆六方氮化硼和触媒混合物，经造粒，在800 ℃下热处理30 min，制成具有核壳结构的复合物颗粒。六方氮化硼和触媒混合物在核层，莫来石在壳层。
把上述得到的核壳结构的复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、氧化铝晶须、粘结剂用于PcBN材料的合成，充分混合得到混合料。用于PcBN材料的混合料由以下组分按质量百分数配比组成，核壳结构的复合物颗粒30 %，立方氮化硼微粉50 %，金刚石微粉5%，氧化铝1%，硼纤维1 %，粘结剂13%。其中，氮化硅晶须直径200 µm，长度20 µm。粘结剂为碳化钛和碳化钨的复合物，粒度为5 µm，氮化钛与碳化钛质量比为30:70 （wt./wt.）。立方氮化硼微粉的粒度在50µm，金刚石微粉粒度为50µm。
把上述得到的混合料，装入石墨模具，合成时装入叶腊石腔体，封头，装配成合成块，真空烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。烧结的的具体条件是采用六面顶压机设备进行合成，压力为6.8 GPa，温度1320℃，合成时间45 min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于步骤如下：
（1）把六方氮化硼与触媒混合球磨3～12 h，得到混合粉，采用莫来石溶胶包覆混合粉，经造粒和热处理，制成具有核壳结构的复合物颗粒；
（2）将步骤（1）中得到复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、无机非金属晶须、粘结剂混合得到混合料；
（3）将步骤（2）得到的混合料装入石墨模具中，然后装入叶腊石腔体，封头、装配成合成块，烘箱中干燥，通过超高压高温烧结合成得到PcBN刀具材料。
2.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的触媒为氮化锂镁，所述六方氮化硼与触媒的质量比是1:1。
3.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的莫来石溶胶由异丙醇铝和正硅酸乙酯反应制成，将0.3mol的异丙醇铝、0.2mol的正硅酸乙酯加入到12.4mol的蒸馏水中混合，混合后加入硝酸调节pH值为2.5～3.2，在60±1℃的温度下反应8～16h，得到莫来石溶胶。
4.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中将混合粉加入到莫来石溶胶中，混合粉与莫来石溶胶中的固体物质的质量比为80:20，之后在600～800 ℃下热处理10～30 min，得到核壳结构的复合物颗粒，复合物颗粒的尺寸为1～20 µm。
5.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中复合物颗粒、立方氮化硼微粉、金刚石微粉、无机非金属晶须、粘结剂的重量百分比分别为：复合物颗粒20%～40 %，立方氮化硼微粉43%～65 %，金刚石微粉2%～8 %，无机非金属晶须0.5 %～2 %，粘结剂1 %～16 %。
6.根据权利要求1或5所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的无机非金属晶须为氧化铝、氮化硅、碳化硅和硼纤维的任意一种或两种晶须，无机非金属晶须的长度在100 nm-200 µm，直径不大于200 nm。
7.根据权利要求1或5所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中粘结剂是金属钴粉、金属镍粉、氮化钛、氮化铝、碳化钛、碳化钨中的任意一种、两种或三种，粘结剂的纯度均大于99%，粒径不大于10µm。
8.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中立方氮化硼微粉的粒度在100nm～50µm，金刚石微粉的粒度在100nm～50µm。
9.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（3）中超高压高温烧结采用六面顶压机设备进行合成，压力为4～6.8 GPa，温度1320～1650℃，合成时间10～45 min。
10.根据权利要求1所述的采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中具有核壳结构的复合物颗粒，混合粉在核层，莫来石溶胶在壳层。
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