CN114391007A - 烧结的聚晶立方氮化硼材料 - Google Patents

烧结的聚晶立方氮化硼材料 Download PDF

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Abstract

本公开涉及聚晶立方氮化硼材料，该聚晶立方氮化硼材料具有在金属基质中的cBN颗粒，所述金属基质包括氮化锆和/或氮化钒析出物或晶粒。

Description

烧结的聚晶立方氮化硼材料
发明领域
本发明涉及烧结聚晶立方氮化硼材料领域，以及制造这种材料的方法。
背景技术
聚晶超硬材料，如聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)，可用于各种工具，用于切削、机加工、钻孔或降解硬质或磨蚀性材料，如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含木材料。
磨料压块广泛用于切削、车削、研磨、磨碎(grinding)、钻孔和其它磨制(abrasive)操作。它们通常含有分散在第二相基质中的超硬磨料颗粒。基质可以是金属或陶瓷或金属陶瓷。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。在通常使用的高压和高温压实制造工艺期间，这些颗粒可以彼此结合，从而形成聚晶物质，或者可以通过第二相材料的基质结合以形成烧结的聚晶物体。此类物体通常被称为聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼，其中它们分别包含金刚石或cBN作为超硬磨料。
美国专利US 4,334,928教导了一种用于工具的烧结压块，其基本上由20至80体积％的立方氮化硼组成；以及余量是至少一种基质化合物材料的基质，所述基质化合物材料选自周期表的IVa或Va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。所述基质在烧结体中形成连续的粘合结构，其中高压氮化硼散布在连续基质中。该专利中概述的方法均涉及使用机械研磨/混合技术(如球磨，研钵等)来合并所需材料。
烧结的聚晶物体可以通过将它们形成于基底上而被“支撑”。可用于形成合适基底的粘结碳化钨是由分散在例如钴基质中的碳化物颗粒形成，通过将碳化钨颗粒/晶粒和钴混合在一起然后加热以便凝固。为了形成具有超硬材料层(如PCD或PCBN)的切削元件，在难熔金属包壳(例如铌包壳)中，将金刚石颗粒或晶粒或CBN晶粒放置在粘结碳化钨物体附近，并且经受高压和高温使得金刚石晶粒或CBN晶粒之间发生晶粒间键合，从而形成聚晶超硬金刚石或聚晶CBN层。
在一些情况下，基底可以在附着到超硬材料层之前完全固化，而在其它情况下，基底可以是生坯态(未完全固化)。在后一种情况下，基底可在HTHP烧结工艺期间完全固化。基底可以是粉末形式，并且可以在用于烧结超硬材料层的烧结工艺期间凝固。
图1显示了用于制造烧结PCBN材料的示例性方法。以下编号对应于图1的编号：
S1.将基质前体粉末预混合。基质前体粉末的实例包括钛和铝的碳化物和/或氮化物。基质前体粉末的典型平均颗粒尺寸为1至10μm。
S2.将基质前体粉末在1000℃以上热处理至少一小时，以引发基质前体颗粒之间的预反应从而形成“饼状物”(cake)。
S3.将饼状物压碎并筛分以获得所需粒级的颗粒。
S4.将平均颗粒尺寸为0.5至15μm的立方氮化硼(cBN)颗粒添加到筛分后的基质前体粉末中。
S5.将所得混合粉末球磨以将基质前体粉末破碎至期望尺寸(典型为50nm至700nm)并使基质前体粉末与cBN颗粒紧密混合。该过程可能需要数小时，并且涉及使用诸如碳化钨球的研磨介质。
S6.将得到的研磨粉末在真空或低压下在60℃以上干燥以除去溶剂，随后通过缓慢地使氧气进入系统以钝化金属表面(如铝)来进行调整。
S7.将干燥的粉末筛分并制备预复合物组件。
S8.预复合组合件在700℃以上进行热处理，以去除任何吸附的水或气体。
S9.将脱气的预复合物组件组装到适合于烧结的舱室中。
S10.在至少1250℃和至少4GPa的高压高温(HPHT)工艺中烧结舱室以形成烧结的PCBN材料。
钨(W)和钴(Co)在欧洲都被归类为关键原材料(CRM)。CRM是在经济上和战略上被认为对欧洲经济重要的原材料。原则上，它们具有与其供应相关联的高风险，对于欧洲经济中的关键领域(诸如消费电子产品、环境技术、汽车、航空航天、防御、健康和钢铁)具有显著的重要性，并且它们缺乏(可行的)替代品。钨和钴都是两种重要类别的硬材料(即硬质合金/WC-Co和PCD/金刚石-Co)的主要成分。
发明概述
本发明的目的是开发在极端条件下表现良好的用于工具加工操作的可行的替代材料。
在本发明的一个方面中，提供了一种聚晶立方氮化硼PCBN材料，其包含：30至90体积％的立方氮化硼cBN颗粒；基质材料，所述cBN颗粒分散在所述基质材料中，基质材料的含量是所述PCBN材料的10体积％至70体积％；所述基质材料包含钛化合物和铝化合物中的任何一种或其混合物；所述基质材料还包含析出物和/或晶粒，所述析出物和/或晶粒含有锆和/或钒，以及任选地含有钨和/或钛，所述析出物和/或晶粒具有任何下述形状：基本上球形、片状或针状；所述析出物和/或晶粒具有不大于1μm的平均最大线性尺寸。
所述析出物和/或晶粒可包含氮化物、碳化物、碳氮化物和/或二硼化物。
任选地，含锆析出物和/或晶粒和/或含钒析出物和/或晶粒占所述PCBN材料的10体积％至25体积％。
任选地，含锆析出物和/或晶粒和/或含钒析出物和/或晶粒占所述PCBN材料的10体积％、或17.5体积％、或25体积％。
含锆析出物和/或晶粒和/或含钒析出物和/或晶粒可具有不超过0.50μm的平均最大线性尺寸。
作为替代，含锆析出物和/或晶粒和/或含钒析出物和/或晶粒可具有不超过0.20μm的平均最大线性尺寸。
基质材料可以包含碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝中的任何。
所述PCBN材料可包含10体积％至25体积％的碳化钛TiC或氮化钛TiN。
所述PCBN材料还可包含5体积％的铝Al或其化合物。
优选地，所述PCBN材料包含60体积％的立方氮化硼cBN。
作为选择，cBN颗粒具有0.5μm至15μm的平均尺寸。
优选地，所述PCBN材料具有26GPa至34GPa的维氏显微硬度。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造聚晶立方氮化硼PCBN材料的方法，所述方法包括：
-将以下材料的前体粉末一起研磨：
ο立方氮化硼cBN，
ο含钒粉末和/或含锆粉末，以及
ο含有铝和钛中的任何的粉末；
-对研磨过的前体粉末进行压制以形成生坯体；
-在7.0GPa至8.5GPa的压力下在1800℃至2300℃的温度下烧结生坯体，以形成烧结的PCBN材料；
-所述烧结的PCBN材料包含分散在基质材料中的立方氮化硼cBN的颗粒，所述基质材料包含以下或由以下组成：含锆析出物和/或含钒析出物，以及任选的含钨析出物和/或含钛析出物，所述析出物具有不大于1μm的平均最大线性尺寸。
作为选择，温度介于1800℃和1900℃之间。
任选地，将前体粉末一起研磨的步骤包括两个子步骤:
-研磨含钒粉末和/或含锆粉末持续一段时间；
-添加立方氮化硼粉末和含有铝和/或钛的粉末；
-将所有前体粉末一起研磨持续另外的时间段。
该方法可进一步包括在烧结步骤之前将生坯体分成多个部分。
根据本发明的第三方面，一种工具包含根据本发明的第一方面的PCBN材料。
优选地，所述工具是用于切削、车削、研磨、磨碎(grinding)、钻孔或其它磨制(abrasive)应用的工具。
附图说明
现在将通过实例并参考附图来描述非限制性实施方案，其中：
图1是示出制造烧结PCBN材料的已知示例性方法的流程图；
图2是示出制造根据本发明的PCBN材料的示例性步骤的流程图；
图3表示在1800℃下烧结的PCBN TiC参比材料的在不同放大率下的扫描电子显微镜(SEM)显微图；
图4表示在1800℃下烧结的PCBN ZrN 10体积％系统的在不同放大率下的SEM显微图；
图5表示在1800℃下烧结的PCBN ZrN 17.5体积％的在不同放大率下的SEM显微图；
图6表示在1800℃下烧结的PCBN ZrN 25体积％的在不同放大率下的SEM显微图；
图7表示在1800℃下烧结的PCBN VN 25体积％的在不同放大率下的SEM显微图；
图8示出显微组织特征a)A1、b)A2、c)N1、d)N2和e)N3的实例。
图9表示在温度1750℃下的cBN-TiC-VN-Al(60-25-10-5体积％)的SEM显微图；
图10表示在温度1850℃下的cBN-TiC-VN-Al(60-25-10-5体积％)的SEM显微图；
图11表示在温度1750℃下的cBN-TiC-VN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图12表示在温度1850℃下的cBN-TiC-VN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的高放大率SEM显微图；
图13示出在温度1750℃下的cBN-TiC-ZrN-Al(60-25-10-5体积％)的SEM显微图；
图14表示在温度1850℃下的cBN-TiC-ZrN-Al(60-25-10-5体积％)的高放大率SEM显微图；
图15表示在温度1750℃下的cBN-TiC-ZrN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图16表示在温度1850℃下的cBN-TiC-ZrN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图17表示在温度1750℃下的cBN-TiN-ZrN-Al(60-25-10-5体积％)的高放大率SEM显微图；
图18表示在温度1750℃下的cBN-TiN-ZrN-Al(60-25-10-5体积％)的低放大率SEM显微图；
图19表示在温度1750℃下的cBN-TiN-ZrN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的低放大率SEM显微图；
图20表示在温度1850℃下的cBN-TiN-ZrN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的高放大率SEM显微图；
图21表示在温度1750℃下的cBN-TiN-VN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图22表示在温度1850℃下的cBN-TiN-VN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图23表示在温度1750℃下的cBN-ZrN-VN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图24表示在温度1850℃下的cBN-ZrN-VN-Al(60-17.5-17.5-5体积％)的SEM显微图；
图25是表示机加工Caldie硬化钢的第一组PCBN变体的工具磨损随切削时间(VB＝0.3mm的标准)的演变的坐标图；
图26是表示机加工Caldie硬化钢的第二组PCBN变体的工具磨损随切削时间(VB＝0.3mm的标准)的演变的坐标图；
图27是表示机加工Inconel 718的第一组PCBN变体的工具磨损随切削时间(VB＝0.3mm的标准)的演变的坐标图；
图28是表示机加工Inconel 718的第二组PCBN变体的工具磨损随切削时间(VB＝0.3mm的标准)的演变的坐标图；
图29是表示Ra随Ovako 677的机加工道次数变化的坐标图；
图30是表示Ra随Ovako 677的机加工道次数变化的坐标图；
图31是一系列SEM显微图，示出了所测试品级(grade)的所有边缘从第一道次至第九道次的工具劣化；
图32是一系列SEM显微图，示出了在工具寿命结束时不同品级的磨损；
图33是样品V2的STEM图像；
图34是另一样品V2的STEM图像；
图35是又一样品V2的STEM图像；
图36是另外的样品V2的STEM图像；
图37是样品Z1的STEM图像；以及
图38是样品Z11的STEM图像。
在上述附图中，使用透射电子显微镜(TEM)分析确认SEM显微图中所示的材料的组成。
具体实施方式
图2是示出示例性步骤的流程图，其中下列编号对应于图2的编号。
S1.将含锆粉末和/或含钒粉末的前体粉末以及含有钛和铝的碳化物和/或氮化物的粉末一起研磨从而形成紧密混合物并获得期望的颗粒尺寸。使用球磨技术在有机溶剂中进行前体粉末混合，并用旋转蒸发器进行干燥。
S2.将研磨过的粉末干压在一起从而形成生坯体，该生坯体具有足够的强度用以在加工期间操控。具体地，在干燥之后，将粉末填充到软模具中，使用冷等静压对其压制以压实粉末并形成生坯体。
然后将该压块切削成不同的高度以装配到高压高温(HPHT)舱室中。
S3.然后将干压的生坯体在约8GPa的压力下在至少1800℃(例如1800℃、1900℃、2000℃和2200℃)的温度下在HPHT舱室中高温真空热处理和烧结持续至少30秒的时间段。
使用S型热电偶校准烧结温度一直到1800℃。
S4.在烧结之后，将所得的烧结制品冷却至室温。冷却速率是不受控制的。冷却导致含VN的析出物和/或含ZrN的析出物以及任选的含W和/或Ti的析出物的期望析出。
实施例
表1列出了包括在该工作中的所有PCBN组合物以及TiC参比样品(即，在粘合剂中不使用ZrN或VN)。
表1：PCBN组合物的总结
cBN(体积％) ZrN或VN(体积％) TiC(体积％) Al(体积％)
PcBN ZrN 10 60 ZrN 10 25 5
PcBN ZrN 17.5 60 ZrN 17.5 17.5 5
PcBN ZrN 25 60 ZrN 25 10 5
PcBN VN 25 60 VN 25 10 5
PcBN TiC参比 60 0 35 5
烧结后目视检查
图3、4、5、6和7示出了在1800℃烧结的不同PCBN变体的SEM显微图。它们都是均质的。在这些图像中，颜色的反差是由于原子量的差异引起的。cBN组分是最轻的并且在这些图像中显示为非常深/黑色。陶瓷组分(诸如VN或ZrN)表现为灰色相，并且较重的金属性组分(诸如来自球磨的WC污染)在SEM图像中显示为明亮/白色颗粒。结果证明，粉末混合方法产生cBN和陶瓷组分的均匀分布。
烧结后硬度检查
下一步骤是理解烧结条件对材料特性的影响。通过利用1kg维氏压痕法的压痕来测试这些材料，计算硬度结果并总结在表2中。在Wolpert 572压痕仪中产生压痕，并且在SEM中测量凹痕以改善准确性(因为凹痕的尺寸约为20微米)。
表2：不同PCBN组合物的硬度的总结
1800℃ 1900℃ 2000℃
PcBN ZrN 10 33.7GPa N/A N/A
PcBN ZrN 17.5 28.2GPa 28.2GPa N/A
PcBN ZrN 25 28.5GPa N/A N/A
PcBN VN 25 27.3GPa 26.1GPa 26.9GPa
PcBN TiC参比 26.8GPa 28.6GPa N/A
所有的烧结件均具有良好的硬度，其中对于该水平的cBN含量，约28GPa的显微硬度被认为是良好的。极低的硬度值将被认为是材料相的不良烧结/结合的指示。通过相同的标记，将较高的硬度值作为良好烧结的指示。因此，使用硬度作为优化的烧结条件的第一指示。
施加预筛选测试
然后选择样品的选择用于施加预筛选测试。这些样品列于表3中。
表3：为测试而制备的PCBN变体
1800℃ 1900℃
PcBN ZrN17.5 Z2(x2) Z1(x2)
PcBN ZrN10 Z11(x2)
PcBN ZrN25 Z8(x2)
PcBN VN25 V2(x1)
PcBN TiC参比 R1(x2) R2(x2)
下表4中提供了关于为施加预筛选测试而选择的样品的组成的进一步信息。
表4：所有的基于ZrN和VN的PCBN变体的组成的总结
Figure BDA0003541847560000101
在机加工以下四种材料中测试所选择的变体：(1)硬化(HRC62.1)的工具钢Caldie(由Uddeholm提供)；(2)时效(HRC44.7)的超合金Inconel 718TM；(3)析出硬化(HRC 42.7)的马氏体不锈钢17-4PH，(4)Ovako 677(Ovatec 677)。
(1)通过机加工Caldie硬化钢的测试
使用下列切削条件利用所选择的PCBN变体通过Caldie硬化钢的机加工进行预筛选测试：表面切削速度VC＝120m/min，进给速率f＝0.1mm/转，切削深度ap＝0.3mm以及干燥机加工条件。
结果在图25和26中示出。
首先参考图25，参比样品R1变体在第5分钟时具有最大VB＝263μm，但也具有微裂缝且VB＝421μm。测试结果显示，对于这种硬车削应用，样品V2(基于TiC-VN的PCBN变体)的性能比参比材料好80-90％(×1.9)。
转到图26，结果显示，基于TiC-ZrN的变体Z11具有比参比样品好接近90％的性能，而其他基于TiC-ZrN的变体也胜过R1和R2。
这意味着对于Caldie硬车削应用，V2和Z11变体将胜过高压TiC参比材料达90％(×1.9)。
对于该工具几何结构(RNGN090300)，侧面磨损(VB)是主要的磨损标准，并且月牙洼(cratering)小到可忽略不计，而对于具有较小鼻端半径的工具，月牙洼磨损(KT)可变得更加显著。
(2)通过机加工Inconel 718的测试
也使用所选的PCBN变体在下列切削条件下利用Inconel 718的机加工进行预筛选测试：Vc＝250m/min，f＝0.1mm/转，ap＝0.3mm和高压冷却剂@70巴。
来自测试的结果(如图27中所示)显示基于TiC-ZrN的变体Z1具有比两个参比样品稍好的性能(高达15％)，而基于VN的变体具有差25％的性能。
从图28中可见，基于TiC-ZrN的变体Z2和Z11的性能好于两个参比样品(高达20％)，而Z8是相当的。
(3)通过机加工马氏体不锈钢的测试
在马氏体不锈钢应用中PCBN变体均未胜过参比材料。
(4)通过机加工Ovako 677硬化钢的测试
在Monforts RNC700 Single Turn卧式车床和标准直柄工具保持器(CCLNL3225)上进行该测试。利用表面测量仪Mahr MarSurf M300进行表面粗糙度的测量。测试期间的磨损模式图由Alicona Infinite聚焦光学轮廓仪产生。作为基准，还测试了具有50体积％cBN的工业标准PCBN材料DSC500。
基于Ovako 677(Ovatec 677)的预成形和硬化细节执行测试，使用外径车削，使用连续切削并且使用108mm的起始直径。工件具有圆锥面，其在切削中提供恒定的时间，即使当直径对于每个道次减小时。加热之后，在900℃下进行硬化20分钟。在空气中进行冷却。在硬化后的20小时内进行150℃回火持续90分钟。
硬度在测试部分中具有60-61HRc的均匀分布。
表5中提供了根据制造商的材料Ovako 677的化学组成，余量为Fe。简而言之，其为67CrSi4。
表5：根据制造商的Ovako 677的材料组成
C％ Si％ Mn％ S％ Cr％ Mo％
0.67 1.50 1.50 0.002 1.10 0.25
切削参数为：170m/min、0.15mm/rev、0.15mm、干式机加工。切削中的时间为每道次32秒。在第1、第3、第7和第15道次之后进行表面光洁度测量。在第1道次之后生成Alicona中的图像，然后每个第2道次生成。最多15个道次。工具寿命标准是碎裂或断裂。测试矩阵可参见表6。
表6：Ovako 677的测试矩阵
Figure BDA0003541847560000121
图29和30中的表面特征数据以及图31中的图片的磨损分析显示：从工具寿命的角度看Z11产生最佳结果。从纯粹表面光洁度的角度来看，V2和DSC500都显示出比Z11更好的表面光洁度，直到边缘损伤如此大以至于测试在9道次时失败(切削时间288秒)。
图32a-c示出了在工具寿命结束时每个品级的边缘1和边缘2之间的非常相似的磨损图案。Z11的边缘1和2之间的最大差异是边缘1进行9道次，而边缘2进行15道次，因此后者示出了相同类型的磨损但大于第一个。
显微组织分析
显微组织的更仔细检查揭示在粘合剂显微组织中存在某些析出物，其特征在于基本上是球形、片状或针状。这些总结在表7中。
表7：在各种样品的显微组织内发现的析出物的总结
Figure BDA0003541847560000131
表7的关键是参考图8提供的：图8a示出了典型的A1特征；图8b示出了典型的A2特征；图8c示出了典型的N1特征，图8d示出了典型的N2特征，并且图8e示出了典型的N3特征。
用于测试的另外样品在类似的高压高温条件下产生，特别是在1800℃和8GPa左右。附图33至36示出了在V2中发现的大致圆形的固溶体析出物，并且类似地，图38示出了在Z11中发现的大致圆形的固溶体析出物。图37示出了在Z1中发现的针状和片状析出物。
在一些样品中也发现了W/Ti析出物的证据。据认为，由WC研磨介质引起的污染会在一定程度上影响粘合剂化学组成。粘结剂不含由研磨过程引起的杂质。
根据实施例的PCBN材料的特征在于因析出物的存在而改善的断裂韧性以及显著好于参比物的耐磨性，这是由于固溶体形成引起的，从而导致延长的工具寿命。
如本文所述的PCBN材料可用作工具的一部分，以用于诸如切削、研磨、磨碎、钻孔或其它磨制应用的应用中。
总之，发明人已经成功地确定了适合在极端工具加工应用中使用并且是CRM的可行替代物的几种材料。特别地，PCBN材料特别适合于车削难以机加工的合金和超合金，并且提供优于硬质合金方案的许多优点。
定义
如本文所用，PCBN材料是指一种超硬材料，其包含分散在包括金属或陶瓷的基质内的cBN晶粒。PCBN是超硬材料的例子。
如本文所用，“基质材料”应理解为意指完全或部分填充聚晶结构内的孔隙、间隙或间隙区域的基质材料。
术语“基质前体粉末”用于指当经受高压高温烧结工艺时变为基质材料的粉末。
大量晶粒的多模态尺寸分布应理解为意指晶粒具有多于一个峰的尺寸分布，每个峰对应于各自的“模态”。可以通过提供多于一个源的多个晶粒来制造多模态聚晶物体，每个源包括具有显著不同平均尺寸的晶粒，并将来自这些源的晶粒或颗粒掺混在一起。在一个实施方案中，PCBN材料可包括具有多模态分布的cBN晶粒。
权利要求书涉及平均颗粒尺寸。这是使用等效圆直径(ECD)技术测量的。可以通过激光衍射测量多个松散、不受限制且非附聚的晶粒的ECD分布，其中将晶粒随机设置在入射光的路径中，并且测量光被晶粒衍射引起的衍射图案。衍射图案可以在数学上解释为好似它是由多个球形晶粒产生的，其直径分布是按照ECD计算和报告的。晶粒尺寸分布的方面可以使用各种术语和符号按各种统计特性表示。这些术语的具体例子包括平均、中间和模态。尺寸分布可以被认为是对应于一系列相应尺寸通道的一组值Di，其中每个Di是对应于各个通道i的几何平均ECD值，i是1至所用通道数n的范围内的整数。
虽然已经参考实施方案具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (18)

1.一种聚晶立方氮化硼PCBN材料，包含：
-30至90体积％的立方氮化硼cBN颗粒；
-基质材料，所述cBN颗粒分散在所述基质材料中，所述基质材料的含量是所述PCBN材料的10体积％至70体积％；
-所述基质材料包含钛化合物和铝化合物中的任何一种或其混合物；
-所述基质材料还包含析出物和/或晶粒，所述析出物和/或晶粒含有锆和/或钒，以及任选地含有钨和/或钛，
-所述析出物和/或晶粒具有任何下述形状：基本上球形、片状或针状；
-所述析出物和/或晶粒具有不大于1μm的平均最大线性尺寸。
2.如权利要求1所述的PCBN材料，其中所述析出物和/或晶粒包含氮化物、碳化物、碳氮化物和/或二硼化物。
3.如权利要求1或2所述的PCBN材料，其中含锆析出物和/或晶粒和/或、含钒析出物和/或晶粒占所述PCBN材料的10体积％至25体积％。
4.如权利要求1、2或3所述的PCBN材料，其中含锆析出物和/或晶粒、和/或含钒析出物和/或晶粒占所述PCBN材料的10体积％、或17.5体积％、或25体积％。
5.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其中含锆析出物和/或晶粒、和/或含钒析出物和/或晶粒具有不大于0.50μm的平均最大线性尺寸。
6.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其中含锆析出物和/或晶粒、和/或含钒析出物和/或晶粒具有不大于0.20μm的平均最大线性尺寸。
7.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其中所述基质材料包含碳氮化钛、碳化钛、氮化钛、二硼化钛、氮化铝和氧化铝中的任何。
8.如权利要求7所述的PCBN材料，其包含10体积％至25体积％的碳化钛TiC或氮化钛TiN。
9.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其还包含5体积％的铝Al或其化合物。
10.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其包含60体积％的立方氮化硼cBN。
11.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其中所述cBN颗粒具有在0.5μm和15μm之间的平均尺寸。
12.如前述权利要求中任一项所述的PCBN材料，其中所述PCBN材料具有在26GPa和34GPa之间的维氏显微硬度。
13.一种制造聚晶立方氮化硼PCBN材料的方法，所述方法包括：
-将以下材料的前体粉末一起研磨：
o立方氮化硼cBN，
o含钒粉末和/或含锆粉末，以及
o含有铝和钛中的任何的粉末；
-对研磨过的前体粉末进行压制以形成生坯体；
-在7.0GPa至8.5GPa的压力下在1800℃至2300℃的温度下烧结所述生坯体，以形成烧结的PCBN材料；
-所述PCBN材料包含分散在基质材料中的立方氮化硼cBN的颗粒，所述基质材料包括含锆和/或钒以及任选的钨和/或钛的析出物和/或晶粒，所述析出物和/或晶粒具有不大于1μm的平均最大线性尺寸。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述温度在1800℃和1900℃之间。
15.如权利要求13或14所述的制备PCBN材料的方法，其中将所述前体粉末一起研磨的步骤包括两个子步骤：
-研磨含钒粉末和/或含锆粉末持续一段时间；
-添加立方氮化硼粉末和含有铝和/或钛的粉末；
-将所有前体粉末一起研磨持续另外的时间段。
16.如权利要求13、14或15所述的制备PCBN材料的方法，还包括在烧结步骤之前将生坯体分成多个部分。
17.一种包括如权利要求1至12中任一项所述的PCBN材料的工具。
18.根据权利要求17所述的工具，所述工具是用于切削、车削、研磨、磨碎、钻孔或其它磨制应用的工具。
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