CN111057925B - 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法 - Google Patents

聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111057925B
CN111057925B CN201911420293.8A CN201911420293A CN111057925B CN 111057925 B CN111057925 B CN 111057925B CN 201911420293 A CN201911420293 A CN 201911420293A CN 111057925 B CN111057925 B CN 111057925B
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
cubic boron
diamond
polycrystalline
powder
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.)
Active
Application number
CN201911420293.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111057925A (zh
Inventor
陈培
李和鑫
孔帅斐
李麟
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.)
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Original Assignee
Funik Ultrahard Material Co 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 Funik Ultrahard Material Co Ltd filed Critical Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority to CN201911420293.8A priority Critical patent/CN111057925B/zh
Publication of CN111057925A publication Critical patent/CN111057925A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111057925B publication Critical patent/CN111057925B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • 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
    • C22C2026/007—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，它包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石复合层、聚晶立方氮化硼复合层及硬质合金保护层；所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成。本发明还提供一种制备该聚晶金刚石立方氮化硼复合片的方法，利用金刚石微粉、纳米金属结合剂制备金刚石结合剂混合料；利用立方氮化硼微粉、金属陶瓷结合剂制备立方氮化硼结合剂混合料；将硬质合金基体放入钽杯中，依次倒入金刚石结合剂混合料和立方氮化硼结合剂混合料；并放入硬质合金保护层，然后真空热处理后进行高温高压烧结。该复合片具有较高的抗冲击韧性和强度。

Description

聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法
技术领域
本发明属于超硬材料技术领域，具体涉及一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法。
背景技术
目前，金刚石与立方氮化硼是工业加工领域应用最广泛的两种超硬材料。金刚石具有较高的硬度、耐磨性和热导率，立方氮化硼硬度仅次于金刚石，但具有较高的热稳定性且不易跟铁元素发生化学反应。尽管如此，由于单晶金刚石和单晶立方氮化硼都存在价格昂贵、具有解理面的缺陷，仍使它们许多功能性的应用得到限制，所以工业中有很多领域选择使用性价比更高的聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼来代替单晶金刚石或单晶立方氮化硼。
聚晶金刚石是一种金刚石和硬质合金组成的复合材料，通常是通过将添加一定量结合剂的金刚石粉末与硬质合金基体组装在一起，然后在超高温高压条件下烧结制得的。由于它具有金刚石硬度高和耐磨性好，同时又兼具硬质合金抗冲击性能强和可焊接性好的特点，因而广泛应用于非铁金属和木质材料的切削加工、石油钻井和地质勘探等行业。聚晶立方氮化硼克服了单晶易于解理和各向异性的缺陷，同时具有良好的化学稳定性和热稳定性，广泛应用于铸铁、淬火钢和不锈钢等黑色金属材料的加工。
现有的聚晶金刚石立方氮化硼通常是通过将添加一定量结合剂的金刚石/立方氮化硼粉末与硬质合金基体组装在一起，然后在超高温高压条件下烧结制得的。由于它兼具聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼的优点，硬度高、耐磨性和韧性好，在某些领域的应用性能高于聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼。但由于聚晶金刚石和聚晶氮化硼在热膨胀和导热性能方面的差异，合成中基体材料与聚晶层间的残余应力，使得聚晶金刚石立方氮化硼复合材料在切削加工中易崩裂，抗冲击韧性差。
发明内容
由鉴于此，本发明提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，它包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石复合层、聚晶立方氮化硼复合层及硬质合金保护层；
所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成；
所述硬质合金基体的厚度为6mm～12mm、所述硬质合金保护层的厚度为3mm～5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.5mm～1mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1mm～2mm；
所述纳米金属结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉97％～99％、Ni粉0.68％～1.9％、TaC粉0.3％～0.6％、余量为B粉；所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉95％～97％、Al粉1％～2％、余量为Ti粉。
基于上述，所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为92％～96％、纳米金属结合剂为4％～8％。
基于上述，所述金刚石微粉的粒度为8μm～12μm。
基于上述，所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为95％～97％、金属陶瓷结合剂为3％～5％。
基于上述，所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm。
本发明还提供一种制备所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片的方法，包括以下步骤：
按照上述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将称取的金刚石微粉与所述纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为200r/min～400r/min，料与磨球的比例为1:(4～5)，球磨时间为12h～48h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度750℃～1300℃条件下真空热处理2h～5h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.2GPa～5.8GPa、烧结温度为1350℃～1500℃条件下烧结15min～45min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片是由四层材料组成的复合超硬材料，其料层由两种复合层组成，其中的金刚石聚晶层采用了特定的纳米金属结合剂，使复合片具有高耐磨性和高抗冲击韧性，磨耗比、抗冲击韧性都有所提高。同时，该纳米金属结合剂在高温高压下能提高金刚石之间(D-D键)的成键密度，具有促进烧结的作用，有利于形成强韧的烧结体，增加了复合片的抗冲击韧性和强度。
进一步，所述立方氮化硼聚晶层采用了AlN陶瓷结合剂，可以通过金属陶瓷结合剂作用使料层之间、料层和合金基体之间连接更牢固，提高了复合片的强度。另外，AlN热膨胀系数介于金刚石和立方氮化硼之间，起到桥梁作用实现了二者间的平滑连接，避免裂纹的产生。
更进一步的，所述料层两面均设置有一层含适量钴的硬质合金材料，这不仅起到保护层的作用，提高了复合片的韧性，减小与聚晶层间的残余应力，而且大大改善了聚晶立方氮化硼复合层因热膨胀性能导致的刀具崩刃和裂纹问题。因此，本发明的聚晶金刚石立方氮化硼复合片在使用时，硬质合金保护层在冲击力下对中部料层具有保护作用，在使用一段时间后，硬质合金保护层出现磨损，中部料层主要起到切割作用，残余硬质合金保护层与中部料层结合紧密，仍有改善金刚石复合片抗冲击韧性及抗弯强度的作用，从而使中部料层不易崩刃，提高聚晶金刚石复合片的使用性能和使用寿命。
更进一步的，本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片，降低了传统聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制造成本，避免了硬质合金基体与聚晶金刚石复合层的残余应力、聚晶金刚石复合层与聚晶立方氮化硼复合层间的热膨胀开裂，使得复合片强度高、耐磨性和韧性好。本发明采用多层不同种类、粒度和硬度梯度的设计结构，利用AlN热膨胀系数小、导热性能好的特性，在物理性能上使聚晶金刚石复合层和聚晶立方氮化硼复合层实现良好过渡，具有较高的抗冲击韧性和高抗弯强度，进而提高聚晶金刚石复合片的使用性能和使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片结构示意图。
图中：1、硬质合金基体；2、硬质合金保护层；3、聚晶金刚石复合层；4、聚晶立方氮化硼复合层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，如图1所示，包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2，四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中，本实施例中，所述硬质合金基体为钨钴合金，钴含量为10％。所述硬质合金基体的厚度为6mm、所述硬质合金保护层的厚度为3mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.5mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1mm。
具体地，所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为92％、纳米金属结合剂为8％。其中，所述金刚石微粉的粒度为10μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料：Co粉为97％、Ni粉为0.68％、TaC粉为2.3％、B粉为0.02％。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成，并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为95％、金属陶瓷结合剂为5％。其中，所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm，
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉为95％、铝粉为1％、钛粉为2％；所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法，具体包括如下步骤：
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为200r/min，料与磨球的比例为1:4，球磨时间为12h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度750℃条件下真空热处理2h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.2GPa、烧结温度为1350℃条件下烧结15min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例2
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，如图1所示，包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2，四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中，本实施例中，所述硬质合金基体为钨钴合金，钴含量为3％。所述硬质合金基体的厚度为12mm、所述硬质合金保护层的厚度为5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为1mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为2mm。
具体地，所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为96％、纳米金属结合剂为4％。其中，所述金刚石微粉的粒度为10μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料：Co粉为97％、Ni粉为1.9％、TaC粉为0.6％、B粉为0.5％。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成，并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为97％、金属陶瓷结合剂为3％。其中，所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm，
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉95％、Al粉为2％，Ti粉为3％；所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法，具体包括如下步骤：
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为400r/min，料与磨球的比例为1:5，球磨时间为48h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1300℃条件下真空热处理5h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.8GPa、烧结温度为1500℃条件下烧结45min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例3
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，如图1所示，包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2，四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中，本实施例中，所述硬质合金基体为钨钴合金，钴含量为5％。所述硬质合金基体的厚度为8mm、所述硬质合金保护层的厚度为3.5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.6mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.5mm。
具体地，所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为93％、纳米金属结合剂为7％。其中，所述金刚石微粉的粒度为12μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料：Co粉为98％、Ni粉为1％、TaC粉为0.6％、B粉为0.4％。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成，并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为96％、金属陶瓷结合剂为4％。其中，所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm，
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉96％、Al粉为1.5％，Ti粉为2.5％；所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法，具体包括如下步骤：
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为250r/min，料与磨球的比例为1:4.5，球磨时间为24h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度800℃条件下真空热处理3h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.5GPa、烧结温度为1400℃条件下烧结20min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例4
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，如图1所示，包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2，四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中，本实施例中，所述硬质合金基体为钨钴合金，钴含量为8％。所述的硬质合金基体的厚度为9mm、硬质合金保护层的厚度为4mm、聚晶金刚石复合层的厚度为0.8mm、聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.6mm。
具体地，所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为94％、纳米金属结合剂为6％。其中，所述金刚石微粉的粒度为8μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料：Co粉为97.5％、Ni粉为1.5％、TaC粉为0.5％、B粉为0.5％。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成，并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为96.5％、金属陶瓷结合剂为3.5％。其中，所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm，
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉为96％、Al粉为1.8％，Ti粉为2.2％；所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法，具体包括如下步骤：
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为300r/min，料与磨球的比例为1:4.5，球磨时间为36h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1000℃条件下真空热处理2.5h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.6GPa、烧结温度为1450℃条件下烧结25min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例5
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，如图1所示，包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2，四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中，本实施例中，所述硬质合金基体为钨钴合金，钴含量为10％。所述的硬质合金基体的厚度为硬质合金基体的厚度为10mm、硬质合金保护层的厚度为4.5mm、聚晶金刚石复合层的厚度为0.9mm、聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.8mm。
具体地，所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为95.5％、纳米金属结合剂为4.5％。其中，所述金刚石微粉的粒度为8μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料：Co粉为98.5％、Ni粉为1.2％、TaC粉为0.28％、B粉为0.02％。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成，并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为95.5％、金属陶瓷结合剂为4.5％。其中，所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm，
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉为96.5％、Al粉为1.4％，Ti粉为2.1％；所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法，具体包括如下步骤：
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为350r/min，料与磨球的比例为1:4.8，球磨时间为40h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1200℃条件下真空热处理3.5h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.7GPa、烧结温度为1450℃条件下烧结30min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
对实施例1～5的聚晶金刚石立方氮化硼复合片的硬度、抗冲击韧性及热稳定性(将复合片在750℃煅烧2min后，检测其硬度和抗冲击韧性)进行测试，结果如表1所示。
表1各实施例所得新型聚晶金刚石/立方氮化硼的性能参数
Figure GDA0003103098790000121
由表1可知，本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片具有硬度高、韧性好的优点，适用于工业切削加工，且工业生产简单。
本发明提供的一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法，通过实施例的性能对比，可得出，本发明所提供的配方和工艺制备的复合片具有较高的强度、抗冲击韧性和耐磨性，较传统的复合片性能有所改善和提高，具有较高的应用价值。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (2)

1.一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片，其特征在于，它包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石复合层、聚晶立方氮化硼复合层及硬质合金保护层；
所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成，所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成；所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为：金刚石微粉为92%～96%、纳米金属结合剂为4%～8%；所述金刚石微粉的粒度为8μm～12μm；所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为：立方氮化硼微粉为95%～97%、金属陶瓷结合剂为3%～5%；所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm；
所述硬质合金基体的厚度为6mm～12mm、所述硬质合金保护层的厚度为3mm～5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.5mm～1mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1mm～2mm；
所述纳米金属结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉97%～99%、Ni粉0.68%～1.9%、TaC粉0.3%～0.6%、余量为B粉；所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成：AlN粉95%～97%、Al粉1%～2%、余量为Ti粉。
2.一种制备权利要求1所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片的方法，包括以下步骤：
按照权利要求1所述的质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料；
然后利用球磨机将称取的金刚石微粉与所述纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料；利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料；其中，球磨机的转速为200r/min～400r/min，料与磨球的比例为1:（4～5），球磨时间为12h～48h；
将硬质合金基体放入钽杯中，在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平；接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平；最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件；
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度750℃～1300℃条件下真空热处理2h～5h；最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，在烧结压力为5.2GPa～5.8 GPa、烧结温度为1350℃～1500℃条件下烧结15min～45min，制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
CN201911420293.8A 2019-12-31 2019-12-31 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法 Active CN111057925B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911420293.8A CN111057925B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911420293.8A CN111057925B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111057925A CN111057925A (zh) 2020-04-24
CN111057925B true CN111057925B (zh) 2021-08-20

Family

ID=70305890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911420293.8A Active CN111057925B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111057925B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112091221B (zh) * 2020-08-25 2022-06-24 中南钻石有限公司 一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN111957977B (zh) * 2020-08-25 2022-06-07 中南钻石有限公司 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN112024893B (zh) * 2020-09-02 2022-07-22 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 一种聚晶立方氮化硼复合片
CN114367888B (zh) * 2021-12-29 2023-03-31 河南四方达超硬材料股份有限公司 一种聚晶金刚石复合片sem试样的制备方法
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

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014175419A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 株式会社タンガロイ 立方晶窒化硼素焼結体および被覆立方晶窒化硼素焼結体
CN104395547A (zh) * 2012-07-11 2015-03-04 史密斯国际有限公司 具有多晶立方体氮化硼过渡层的热稳定多晶金刚石
JP6098882B2 (ja) * 2013-05-30 2017-03-22 三菱マテリアル株式会社 耐欠損性にすぐれた立方晶窒化硼素焼結体切削工具
CN109070236A (zh) * 2016-05-23 2018-12-21 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼烧结体切削工具

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA862903B (en) * 1985-04-29 1987-11-25 Smith International Composite polycrystalline diamond compact
WO2015060320A1 (ja) * 2013-10-22 2015-04-30 株式会社タンガロイ 立方晶窒化硼素焼結体および被覆立方晶窒化硼素焼結体
CN104959616B (zh) * 2015-06-23 2017-09-29 中南钻石有限公司 夹芯式金刚石聚晶复合片及其制备方法和所用结合剂
CN106735246B (zh) * 2016-11-18 2019-05-10 富耐克超硬材料股份有限公司 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN107442777B (zh) * 2017-07-24 2019-05-14 中南钻石有限公司 一种潜孔钻用聚晶金刚石复合球齿及其制备方法
CN109750204A (zh) * 2017-11-03 2019-05-14 河南海纳德新材料有限公司 一种聚晶立方氮化硼-金刚石多层复合片及其制备方法
JP6968341B2 (ja) * 2017-11-29 2021-11-17 三菱マテリアル株式会社 微細構造組織を有する立方晶窒化ほう素基焼結体および切削工具

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104395547A (zh) * 2012-07-11 2015-03-04 史密斯国际有限公司 具有多晶立方体氮化硼过渡层的热稳定多晶金刚石
WO2014175419A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 株式会社タンガロイ 立方晶窒化硼素焼結体および被覆立方晶窒化硼素焼結体
JP6098882B2 (ja) * 2013-05-30 2017-03-22 三菱マテリアル株式会社 耐欠損性にすぐれた立方晶窒化硼素焼結体切削工具
CN109070236A (zh) * 2016-05-23 2018-12-21 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼烧结体切削工具

Also Published As

Publication number Publication date
CN111057925A (zh) 2020-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111057925B (zh) 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法
CN101892411B (zh) 一种新型wc基硬质合金材料及其制备方法
CN107973606B (zh) 聚晶立方氮化硼、制备方法及其应用、包含该聚晶立方氮化硼的刀具
CN102049538B (zh) 一种立方氮化硼刀片及其制备方法
JP2012131700A (ja) 焼結体
JP2004505786A (ja) ダイヤモンド含有研磨用製品の製法
CN105734390B (zh) 一种高熵合金结合的立方氮化硼聚晶复合材料的制备方法
JP2012513361A (ja) 超硬質／硬質複合材料
CN104630529A (zh) B4C作为弥散强化添加剂的细晶WC-Co硬质合金及其制备方法
US10875100B2 (en) Sintered body and cutting tool
CN111957977A (zh) 一种具有良好耐热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN102219519A (zh) 一种碳化硅防弹陶瓷材料及其制备方法
CN109628786B (zh) 一种耐高温强韧化Ti（C,N）基金属陶瓷产品的成型制备方法
CN111266573B (zh) 一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法
CN110541151B (zh) 一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法
CN113173789B (zh) 一种无粘结相耐腐蚀硬质合金及其生产工艺和应用
CN112091220B (zh) 一种具有良好导热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN212833506U (zh) 一种表面渗氮或渗硼硬质合金基体聚晶立方氮化硼复合片
CN112059193B (zh) 一种高韧性耐磨型聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN113941708A (zh) 一种增强PcBN复合片界面结合能力的制备方法
CN111842906A (zh) 一种添加纳米立方氮化硼的金属陶瓷刀具材料制备方法
CN113751711A (zh) 一种聚晶立方氮化硼复合片及制备方法
CN1152759C (zh) 陶瓷-硬质合金复合刀片
JP2020059079A (ja) 焼結材分割体、焼結材分割体を用いた切削工具要素及びその製造方法
CN220699295U (zh) 一种金刚石复合片及微钻刀具装置

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