CN107815580A - 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107815580A
CN107815580A CN201711088944.9A CN201711088944A CN107815580A CN 107815580 A CN107815580 A CN 107815580A CN 201711088944 A CN201711088944 A CN 201711088944A CN 107815580 A CN107815580 A CN 107815580A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
cubic boron
powder
diamond
composite
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
CN201711088944.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107815580B (zh
Inventor
刘宝昌
李思奇
李闯
曹鑫
韩哲
赵新哲
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.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
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 Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201711088944.9A priority Critical patent/CN107815580B/zh
Publication of CN107815580A publication Critical patent/CN107815580A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107815580B publication Critical patent/CN107815580B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • 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
    • C22C2026/003—Cubic boron nitrides only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，是由聚晶立方氮化硼、金刚石颗粒和结合剂8组成，本发明的复合材料，创新性地将聚晶立方氮化硼作为金刚石复合材料的胎体材料，复合材料胎体硬度和耐磨性得到了显著提高，应用于金刚石工具，可以提高坚硬材料加工效率以及坚硬岩层的钻进效率，立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和结合剂粉末采用高温高压烧结工艺制备而成，这种金刚石复合材料采用聚晶立方氮化硼作为胎体材料，金刚石包镶在其中，作为硬质点和耐磨相，这种复合材料结构致密，其胎体具有较高的硬度、耐磨性及综合性能，使用这种复合材料制成的金刚石工具可以提高坚硬材料的加工效率以及坚硬岩层的钻进效率。

Description

一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石复合材料领域，具体涉及一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料。
背景技术
金刚石复合材料是一种应用广泛的特殊材料，通常是向胎体材料中添加一定比例的金刚石颗粒，将金刚石颗粒镶嵌在胎体中，作为硬质点和耐磨相，其性能主要取决于金刚石本身的性能以及用来包镶金刚石颗粒的胎体材料的性能，胎体材料可以是金属、合金、树脂、陶瓷和橡胶等。在切削、研磨坚硬天然材料或人工建筑材料以及钻进坚硬岩层时常选择合金胎体/金刚石复合材料制成的工具，但此类天然材料或人工建筑材料和岩层岩石具有硬度大、强度高、强研磨性等特点，所以在使用过程中常出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效，使用效率较低，为提高坚硬材料加工效率以及提高坚硬岩层的钻进效率，选择一种高性能的金刚石工具胎体材料是一种重要途径。
聚晶立方氮化硼其具有优异的物理性能如硬度高、耐磨性好、热稳定性好等，同时具有极高的化学稳定性，因此广泛应用于材料加工领域。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中，切削、研磨坚硬天然材料或人工建筑材料以及钻进坚硬岩层时常选择合金胎体/金刚石复合材料制成的工具，但此类天然材料或人工建筑材料和岩层岩石具有硬度大、强度高、强研磨性大，在使用过程中常出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效，使用效率较低等问题，提供一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法。
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，其组成成分和体积百分比如下：
聚晶立方氮化硼63-87vol.％、金刚石颗粒5-29vol.％、结合剂8-12vol.％；
聚晶立方氮化硼(1)是由立方氮化硼微粉加工制得，结合剂是由结合剂粉末加工制得，立方氮化硼微粉的平均粒度为1-5μm，金刚石颗粒(2)的平均粒度为200-1500μm，结合剂粉末的平均粒度为20-40μm；
结合剂粉末为铝粉或钛粉或镍粉或钴粉或氮化钛粉末或碳化钛粉末。
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：
一、原料预处理
利用常规方法对立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对金刚石颗粒进行净化处理，对结合剂粉末进行还原处理，将处理过的原材料置于干燥箱中，在100-120℃条件下干燥4-6小时；
二、称料及混料
根据配方称取步骤一的材料，并预处理干燥的立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和结合剂粉末，置于混料机中混合，时间为6-8小时；
三、预压成型
根据配方称取步骤二中的混合粉料，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10-12分钟成型；
四、干燥保存
将步骤三中预压成型的粉体装入钼质容器，置于80-90℃真空干燥箱内，待高压烧结之用；
五、高温高压烧结
将步骤四中干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，进行高温高压烧结，烧结压力为5-7.5GPa，烧结温度为1100-1800℃，烧结时间为10-20分钟，得到复合材料烧结体；
六、机械加工
对烧结成型的复合材料试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理。
本发明的有益效果：
本发明的复合材料，创新性地将聚晶立方氮化硼作为金刚石复合材料的胎体材料，复合材料胎体硬度和耐磨性得到了显著提高，应用于金刚石工具，可以提高坚硬材料加工效率以及坚硬岩层的钻进效率，立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和结合剂粉末采用高温高压烧结工艺制备而成，这种金刚石复合材料采用聚晶立方氮化硼作为胎体材料，金刚石包镶在其中，作为硬质点和耐磨相，这种复合材料结构致密，其胎体具有较高的硬度、耐磨性及综合性能，使用这种复合材料制成的金刚石工具可以提高坚硬材料的加工效率以及坚硬岩层的钻进效率。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，其组成成分和体积百分比如下：
聚晶立方氮化硼63-87vol.％、金刚石颗粒5-29vol.％、结合剂8-12vol.％；
聚晶立方氮化硼(1)是由立方氮化硼微粉加工制得，结合剂是由结合剂粉末加工制得，立方氮化硼微粉的平均粒度为1-5μm，金刚石颗粒(2)的平均粒度为200-1500μm，结合剂粉末的平均粒度为20-40μm；
结合剂粉末为铝粉或钛粉或镍粉或钴粉或氮化钛粉末或碳化钛粉末。
本发明之一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
实施例1
首先对平均粒度为3μm的立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对粒度为30/35μm的金刚石颗粒进行净化处理，对平均粒度为35μm铝粉进行还原处理，将处理过的的原材料置于干燥箱中，在100℃条件下干燥4小时；
根据立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和铝粉的体积百分比为7：2：1，称取预处理并干燥的立方氮化硼微粉0.87g、金刚石颗粒0.25g和铝粉0.10g，置于混料机中混合，时间为6.5小时，称取混合均匀粉料1.20g，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10分钟成型；
将预压成型的粉体装入钼杯，置于80℃真空干燥箱内；
将干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，高温高压烧结，烧结压力为6GPa，烧结温度为1150℃，烧结时间为15分钟，得到复合材料烧结体，对烧结好的试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理，得到复合材料试样，试样结构致密，硬度和耐磨性得到显著提高，在使用过程中没有出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效的问题，使用寿命高于传统合金胎体金刚石复合材料。
实施例2
首先对平均粒度为4μm的立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对粒度为20/25目的金刚石颗粒进行净化处理，对平均粒度为40μm钛粉进行还原处理，对处理过的的原材料置于干燥箱中，在100℃条件下干燥5小时；
根据立方氮化硼微粉、金刚石颗粒和铝粉的体积百分比为7：2：1，称取预处理并干燥的立方氮化硼微粉0.87g、金刚石颗粒0.25g和铝粉0.16g，置于混料机中混合，时间为7小时，称取混合均匀粉料1.26g，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10分钟成型，将预压成型的粉体装入钼杯，置于80℃真空干燥箱内；
将干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，高温高压烧结，烧结压力为5.5GPa，烧结温度为1450℃，烧结时间为15分钟，得到复合材料烧结体，对烧结好的试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理，得到复合材料试样，试样结构致密，硬度和耐磨性得到显著提高，使用过程中没有出现金刚石复合材料胎体磨耗过快导致金刚石脱落，工具失效的问题，使用寿命高于传统合金胎体金刚石复合材料。

Claims (3)

1.一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，其组成成分和体积百分比如下：
聚晶立方氮化硼63-87vol.％、金刚石颗粒5-29vol.％、结合剂8-12vol.％；
聚晶立方氮化硼(1)是由立方氮化硼微粉加工制得，结合剂是由结合剂粉末加工制得，立方氮化硼微粉的平均粒度为1-5μm，金刚石颗粒(2)的平均粒度为200-1500μm，结合剂粉末的平均粒度为20-40μm。
2.一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：
一、原料预处理
利用常规方法对立方氮化硼微粉进行高温真空净化处理，对金刚石颗粒(2)进行净化处理，对结合剂粉末进行还原处理，将处理过的原材料置于干燥箱中，在100-120℃条件下干燥4-6小时；
二、称料及混料
根据配方称取步骤一的材料，并预处理干燥的立方氮化硼微粉、金刚石颗粒(2)和结合剂粉末，置于混料机中混合，时间为6-8小时；
三、预压成型
根据配方称取步骤二中的混合粉料，使用粉末压片机在20MPa压力下预压10-12分钟成型；
四、干燥保存
将步骤三中预压成型的粉体装入钼质容器，置于80-90℃真空干燥箱内，待高压烧结之用；
五、高温高压烧结
将步骤四中干燥箱内的烧结单元放入铰链式六面顶压机合成腔体中，进行高温高压烧结，烧结压力为5-7.5GPa，烧结温度为1100-1800℃，烧结时间为10-20分钟，得到复合材料烧结体；
六、机械加工
对烧结成型的复合材料试样进行平面加工、圆柱加工、抛光、清洗和干燥处理。
3.根据权利要求1所述的一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料，所述结合剂粉末为铝粉或钛粉或镍粉或钴粉或氮化钛粉末或碳化钛粉末。
CN201711088944.9A 2017-11-08 2017-11-08 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法 Active CN107815580B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711088944.9A CN107815580B (zh) 2017-11-08 2017-11-08 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711088944.9A CN107815580B (zh) 2017-11-08 2017-11-08 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107815580A true CN107815580A (zh) 2018-03-20
CN107815580B CN107815580B (zh) 2019-07-26

Family

ID=61603160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711088944.9A Active CN107815580B (zh) 2017-11-08 2017-11-08 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107815580B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110029942A (zh) * 2019-05-27 2019-07-19 吉林大学 适用于钻探的热稳定型聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN110280756A (zh) * 2019-07-15 2019-09-27 石家庄海川工具有限公司 添加立方氮化硼的金刚石工程薄壁钻及其制备工艺
CN110465669A (zh) * 2019-09-09 2019-11-19 山东大学 一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备工艺和应用
CN111266573A (zh) * 2020-03-25 2020-06-12 富耐克超硬材料股份有限公司 一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法
CN111285443A (zh) * 2018-12-10 2020-06-16 郑州大学 一种掺硼金刚石复合电极及其制备方法、应用
CN111675538A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 成都东为科技有限公司 一种清理与贯通油气钻探井孔用的超硬磨鞋磨削工作端
CN111905654A (zh) * 2019-12-04 2020-11-10 正元国际矿业有限公司 人造金刚石聚晶及其制备方法
CN113200748A (zh) * 2021-04-19 2021-08-03 郑州博特硬质材料有限公司 一种氮化硼-金刚石-氧化锆杂化复合材料及制备方法
CN113831127A (zh) * 2021-09-23 2021-12-24 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种多晶立方氮化硼金刚石复合材料的制备方法
CN114472899A (zh) * 2022-02-11 2022-05-13 四川伽锐科技有限公司 一种聚晶复合材料及其制备方法与应用
CN114728335A (zh) * 2019-12-06 2022-07-08 六号元素(英国)有限公司 聚晶立方氮化硼复合材料
CN116730737A (zh) * 2023-06-06 2023-09-12 廊坊西波尔钻石技术有限公司 一种金刚石-立方氮化硼复合片及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61142003A (ja) * 1985-11-20 1986-06-28 Toshiba Tungaloy Co Ltd 複合切削体
CN101560624B (zh) * 2009-05-18 2010-12-29 河南富耐克超硬材料有限公司 一种聚晶立方氮化硼的制备方法
CN102557647A (zh) * 2011-12-13 2012-07-11 河南富耐克超硬材料股份有限公司 一种立方氮化硼聚晶复合材料
CN103803985A (zh) * 2013-12-20 2014-05-21 河南工业大学 纳米结构立方氮化硼—金刚石聚晶的制备方法
CN105908041A (zh) * 2016-04-27 2016-08-31 富耐克超硬材料股份有限公司 高韧性聚晶复合材料和高韧性聚晶刀片及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61142003A (ja) * 1985-11-20 1986-06-28 Toshiba Tungaloy Co Ltd 複合切削体
CN101560624B (zh) * 2009-05-18 2010-12-29 河南富耐克超硬材料有限公司 一种聚晶立方氮化硼的制备方法
CN102557647A (zh) * 2011-12-13 2012-07-11 河南富耐克超硬材料股份有限公司 一种立方氮化硼聚晶复合材料
CN103803985A (zh) * 2013-12-20 2014-05-21 河南工业大学 纳米结构立方氮化硼—金刚石聚晶的制备方法
CN105908041A (zh) * 2016-04-27 2016-08-31 富耐克超硬材料股份有限公司 高韧性聚晶复合材料和高韧性聚晶刀片及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵玉成等: "含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备", 《高压物理学报》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111285443B (zh) * 2018-12-10 2022-02-08 郑州大学 一种掺硼金刚石复合电极及其制备方法、应用
CN111285443A (zh) * 2018-12-10 2020-06-16 郑州大学 一种掺硼金刚石复合电极及其制备方法、应用
CN110029942A (zh) * 2019-05-27 2019-07-19 吉林大学 适用于钻探的热稳定型聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN110280756A (zh) * 2019-07-15 2019-09-27 石家庄海川工具有限公司 添加立方氮化硼的金刚石工程薄壁钻及其制备工艺
CN110280756B (zh) * 2019-07-15 2021-07-06 石家庄海川工具有限公司 添加立方氮化硼的金刚石工程薄壁钻及其制备工艺
CN110465669A (zh) * 2019-09-09 2019-11-19 山东大学 一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备工艺和应用
CN110465669B (zh) * 2019-09-09 2020-06-26 山东大学 一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备工艺和应用
CN111905654A (zh) * 2019-12-04 2020-11-10 正元国际矿业有限公司 人造金刚石聚晶及其制备方法
CN114728335A (zh) * 2019-12-06 2022-07-08 六号元素(英国)有限公司 聚晶立方氮化硼复合材料
CN111266573A (zh) * 2020-03-25 2020-06-12 富耐克超硬材料股份有限公司 一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法
CN111675538A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 成都东为科技有限公司 一种清理与贯通油气钻探井孔用的超硬磨鞋磨削工作端
CN113200748A (zh) * 2021-04-19 2021-08-03 郑州博特硬质材料有限公司 一种氮化硼-金刚石-氧化锆杂化复合材料及制备方法
CN113831127A (zh) * 2021-09-23 2021-12-24 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种多晶立方氮化硼金刚石复合材料的制备方法
CN114472899A (zh) * 2022-02-11 2022-05-13 四川伽锐科技有限公司 一种聚晶复合材料及其制备方法与应用
CN116730737A (zh) * 2023-06-06 2023-09-12 廊坊西波尔钻石技术有限公司 一种金刚石-立方氮化硼复合片及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107815580B (zh) 2019-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107815580B (zh) 一种聚晶立方氮化硼/金刚石复合材料及其制备方法
KR101395479B1 (ko) 입방정계 질화붕소 콤팩트
KR100348772B1 (ko) 위스커강화 알루미나복합체의 상압소결방법
CN101892411B (zh) 一种新型wc基硬质合金材料及其制备方法
CN104451322B (zh) 一种碳化钨基硬质合金及其制备方法
JP2004160637A (ja) 化学反応性材料の機械加工に用いる焼結成形体
CN110257681B (zh) 一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法
CN102049538B (zh) 一种立方氮化硼刀片及其制备方法
US20200071583A1 (en) Sintered polycrystalline cubic boron nitride material
CN107739950A (zh) 一种WC‑Co‑cBN复合硬质合金及其制备方法
KR101821220B1 (ko) 질화티탄-티타늄 2붕화물-입방정계 질화붕소 복합재료의 제조방법
CN103722174A (zh) 一种自锐性聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN109797333A (zh) 一种纳米晶或超细晶wc基硬质合金及其制备方法与应用
US20230079359A1 (en) Sintered Polycrystalline Cubic Boron Nitride Material
JP2018145020A (ja) ｃＢＮ焼結体および切削工具
CN109503155B (zh) 一种陶瓷理发推剪刀片及制备方法
CN109182874A (zh) 一种添加石墨烯的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法
JP2013530914A (ja) 高強度ダイアモンド−ＳｉＣ圧密体及びその製造方法
CN103524134A (zh) 一种氮化硅-碳氮化钛微纳米复合材料的制备方法
CN113563086B (zh) 聚晶立方氮化硼复合材料及其制备方法、硼化钨作为聚晶立方氮化硼复合材料粘结相的应用
CN108314455B (zh) 碳化硅陶瓷及其制备方法和应用
CN107267836A (zh) 一种双晶硬质合金及其制备方法
CN104128605A (zh) 稀土改性钨基结合剂金刚石圆锯片及其制造方法
CN104073722B (zh) 一种复合粉体材料及其制备方法与应用
CN116275167B (zh) 一种基于海胆牙齿自锋利结构的仿生切断刀及其制备方法

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