CN212598874U

CN212598874U - 一种聚晶立方氮化硼复合片

Info

Publication number: CN212598874U
Application number: CN202021008009.4U
Authority: CN
Inventors: 秦家千; 李拥军; 王福龙
Original assignee: Henan Linke Material Co ltd
Current assignee: Henan Linke Material Co ltd
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-06-04

Abstract

本实用新型提供一种聚晶立方氮化硼复合片，包括烧结为一体结构的基体和聚晶立方氮化硼层，所述基体为非金属陶瓷，所用钛‑过渡金属固溶硼化物陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的耐腐蚀性和抗氧化性，而且具有良好的导电性和导热性，和立方氮化硼相近的热膨胀系数，并且钛‑过渡金属固溶硼化物陶瓷不含金属，在高温高压条件下不会有大量金属渗入立方氮化硼层，同时高温高压条件下钛钨硼化物陶瓷基底和立方氮化硼层混合初始材料的界面处会发生化学反应形成化学键结合，使得聚晶立方氮化硼复合片热稳定性提高，降低分层几率，抗裂性能、抗崩性能好。

Description

一种聚晶立方氮化硼复合片

技术领域

本实用新型涉及切削刀具用的聚晶立方氮化硼复合片的制备技术领域，具体涉及一种聚晶立方氮化硼复合片。

背景技术

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；立方氮化硼结构稳定，具有高的抗氧化能力，化学稳定性好，与金刚石相比尤其好在立方氮化硼在高达1100〜1300 °C的温度下也不与铁族元素起化学反应，因此立方氮化硼特别适合于加工黑色金属材料。聚晶立方氮化硼是由立方氮化硼单晶，可以加入粘结剂，也可以在不加任何粘结剂的条件下，经超高压高温烧结制得的。聚晶立方氮化硼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。

聚晶立方氮化硼主要用于制作刀具材料。聚晶立方氮化硼刀具坯料主要有三种，一种是整体纯聚晶立方氮化硼烧结片；第二种是以聚晶立方氮化硼为聚晶层，以硬质合金为基体经高温高压共同烧结而成的复合片；第三种是先烧结制备聚晶立方氮化硼刀片坯料，再焊接到硬质合金上而制备成。由于硬质合金韧性好，通常采用硬质合金作为基体，与聚晶立方氮化硼制备复合片。但是硬质合金基体与聚晶层化学成分差异大，热膨胀系数不同，复合片容易开裂、脱层，使用时受到极大地限制。为解决上述问题，中国专利CN102505090B利用相似相容原理，通过与硬质合金基体接触的聚晶层合成原料微粉中加入与硬质合金基体具有相同化学成分的硬质合金微粉，并通过化学梯度法，沿远离基体方向改变硬质合金微粉的含量，远离基体方向硬质合金微粉的含量不断降低。在超高压高温烧结时，合成腔体内温度具有梯度性，内部温度高，外部温度低，而与此相应的是硬质合金基体中的钴元素向高温区扩散，这样增强了聚晶层与硬质合金基体的相容性和结合强度。但是使用合金基体的主要问题仍然存在，如：1）合金层的金属会大量渗入CBN层内，从而降低复合片热稳定性；2）界面结合力仍然为金属渗透层结合，分层率高；3）基体与CBN层热膨胀系数差别大，产品抗裂性能、抗崩性能差；4）合金基体聚晶立方氮化硼复合片耐热性差，后期刀具制作过程中真空焊接温度提高有限。

实用新型内容

为了解决合金元素对硬质合金基体聚晶立方氮化硼复合片产生的不良影响，本实用新型采用技术手段，阻止合金元素进入复合片中的聚晶立方氮化硼内，从而克服克服合金元素对硬质合金基体聚晶立方氮化硼复合片产生的不良影响，具体就是，一种聚晶立方氮化硼复合片及制备方法，首先在基体与聚晶立方氮化硼结合的部位，采用非金属硬质材料，将基体与聚晶立方氮化硼结合。

所述非金属硬质材料满足：

一、立方氮化硼层内金属含量降低，热稳定性提高；

二、界面结合力由原来的金属渗透层结合转变为化学键结合，降低分层几率；

三、基体与立方氮化硼层热膨胀系数更加接近，降低宏观应力，提高产品抗裂性能、抗崩性能；

四、聚晶立方氮化硼复合片耐热性更高。

至此，本实用新型的一种技术构思为，既然合金基体的问题不易解决，何不从新材料中找到一种适合基体材料，尤其是仅仅作为切削层的韧性高的非金属硬质材料；通过大量测试发现：钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷具有和立方氮化硼相近的热膨胀系数，并且钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷不含金属，在高温高压条件下不会有大量金属渗入立方氮化硼层，同时高温高压条件下钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体和立方氮化硼层混合初始材料的界面处会发生化学反应形成化学键结合。因此，钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基底可以解决合金基体的主要问题，并且钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片耐热性更高，真空焊接温度可以达到950℃-1050℃而产品不裂，传统碳化钨硬质合金体系聚晶立方氮化硼复合片真空焊接温度只能到900℃以下，甚至只能到850℃以下。

一种聚晶立方氮化硼复合片，包括烧结为一体结构的基体和聚晶立方氮化硼层，所述基体为非金属陶瓷。

所述非金属陶瓷为钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷。

所述非金属陶瓷为碳纤维陶瓷摩擦片。

所述非金属陶瓷为超硬陶瓷防弹片。

所述非金属陶瓷为增韧补强陶瓷。

本实用新型所用钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的耐腐蚀性和抗氧化性，而且具有良好的导电性和导热性，和立方氮化硼相近的热膨胀系数，并且钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷不含金属，在高温高压条件下不会有大量金属渗入立方氮化硼层，同时高温高压条件下钛钨硼化物陶瓷基底和立方氮化硼层混合初始材料的界面处会发生化学反应形成化学键结合。因此，钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体的聚晶立方氮化硼复合片具有以下优点：

一、相比碳化钨合金基体，立方氮化硼层内金属含量降低，热稳定性提高；

四、钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼耐热性更高，真空焊接温度可以达到950℃-1050℃而产品不裂，碳化钨合金体系聚晶立方氮化硼真空焊接温度只能到900℃以下，甚至只能到850℃以下。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型实施例1钛钨硼化物(Ti0.5W0.5B2)陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片表面扫描电镜图。

图3是本实用新型对比例1中传统碳化钨合金基体聚晶立方氮化硼复合片表面扫描电镜图。

具体实施方式

如图1所示，一种聚晶立方氮化硼复合片，包括烧结为一体结构的基体和聚晶立方氮化硼层2，所述基体为非金属陶瓷1。

所述非金属陶瓷1为钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷。

所述非金属陶瓷1为碳纤维陶瓷摩擦片。

所述非金属陶瓷1为超硬陶瓷防弹片。

所述非金属陶瓷1为增韧补强陶瓷。

实施例1

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛钨硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛钨硼化物(Ti_0.5W_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例中立方氮化硼层是由以下质量份的组份构成：平均粒度2微米的立方氮化硼50份和平均粒度2微米的碳化钛50份。

本实施例提供钛钨硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第一步：分别将不同含量立方氮化硼和碳化钛混合均匀，得到一系列不同立方氮化硼含量的初始材料；

第二步：使用钛钨硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛钨硼化物基底上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为5.5 GPa, 温度为1450 °C，保温20分钟即制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片，图2为钛钨硼化物陶瓷基底聚晶立方氮化硼表面扫描电镜图，明亮白点为金属颗粒，本实施例中只有极少的金属分布于立方氮化硼层，从而提高复合片的热稳定性和耐热性能。

对比例1

本对比例制备了传统碳化钨合金基体聚晶立方氮化硼复合片，它是由碳化钨合金作为基体，立方氮化硼和陶瓷粘结剂混合坯体作为立方氮化硼层。

本对比例中所用的碳化钨合金为YG8，厚度4毫米，直径58毫米。

本对比例中立方氮化硼层是由以下质量份的组份构成：平均粒度2微米的立方氮化硼50份和平均粒度2微米的碳化钛50份。

本对比例提供传统合金基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第一步：分别将不同立方氮化硼和碳化钛混合均匀，得到一系列不同立方氮化硼含量的初始材料；

第二步：使用碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到合金基体上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为5.5 GPa, 温度为1450 °C，保温20分钟即制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片，图3为合金基底聚晶立方氮化硼表面扫描电镜图，明亮白点为金属颗粒，本对比例中可见较多的金属分布于立方氮化硼层，降低了复合片的热稳定性和耐热性能。

实施例2

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷片基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由二硼化钛陶瓷片作为基体，金属粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的二硼化钛(TiB₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例中立方氮化硼层是由以下质量份的组份构成：平均粒度0.1微米的立方氮化硼90份和平均粒度1微米的金属铝粉10份。

本实施例提供二硼化钛陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第一步：分别将不同含量立方氮化硼和金属铝粉混合均匀，得到一系列不同立方氮化硼含量的初始材料；

第二步：使用二硼化钛陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到二硼化钛基体上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为2GPa, 温度为1100 °C，保温20分钟即制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片。

实施例3

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷片基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛钒硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛钒硼化物(Ti_0.5V_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例中立方氮化硼层是由以下质量份的组份构成：平均粒度30微米的立方氮化硼10份和平均粒度30微米的碳化钛90份。

本实施例提供钛钒硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛钒硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛钒硼化物基底上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为8 GPa, 温度为1800 °C，保温20分钟即制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片。

实施例4

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷片基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由二硼化钨陶瓷片作为基体，金属陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的二硼化钨(WB₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例中立方氮化硼层是由以下质量份的组份构成：平均粒度2微米的立方氮化硼50份、平均粒度2微米金属铝粉10份和平均粒度2微米的碳化钛40份。

第一步：分别将不同含量立方氮化硼、金属铝和碳化钛混合均匀，得到一系列不同立方氮化硼含量的初始材料；

第二步：使用二硼化钨陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到二硼化钨基体上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为5 GPa, 温度为1400 °C，保温20分钟即制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片。

实施例5

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛铬硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛铬硼化物(Ti_0.5Cr_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛铬硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛铬硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛铬硼化物基体上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为5.5 GPa, 温度为1450 °C，保温20分钟即制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片。

实施例6

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛锆硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛锆硼化物(Ti_0.5Zr_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛锆硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛锆硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛锆硼化物基体上；

实施例7

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛铌硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛铌硼化物(Ti_0.5Nb_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛铌硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛铌硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛铌硼化物基体上；

实施例8

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛钼铬硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛钼硼化物(Ti_0.5Mo_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛钼硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛钼硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛钼硼化物基体上；

实施例9

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛铪硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛铪硼化物(Ti_0.5Ha_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛铪硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛铪硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛铪硼化物基体上；

实施例5

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛钽硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛钽硼化物(Ti_0.5Ta_0.5B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛钽硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛钽硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛钽硼化物基体上；

实施例5

本实施例提供一种钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片制备方法，它是由钛钨钼钒硼化物陶瓷片作为基体，陶瓷粘结剂和立方氮化硼混合坯体作为立方氮化硼层。

本实施例中所用的钛钨钼硼化物(Ti_0.1(WMoV)_0.9B₂)陶瓷片为宿迁德特材料有限公司生产，厚度4毫米，直径58毫米。

本实施例提供钛钨钼钒硼化物陶瓷基体聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其包括以下步骤：

第二步：使用钛钨钼钒硼化物陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到钛钨钼钒硼化物基体上；

上述实施例不限于钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷作为聚晶立方氮化硼复合片基体还可以是其它韧性好的陶瓷作为聚晶立方氮化硼复合片基体，例如专利号为201811087988.4专利产品、专利号为201611153980.4专利产品及专利号是201510821355.1专利产品，也可以是刹车用碳纤维陶瓷摩擦片等都能够获得较好的效果。我们仅用上述专利产品作为聚晶立方氮化硼复合片基体，具体如下：

所述的一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，所述非金属硬质材料为增韧补强陶瓷，将增韧补强陶瓷作为聚晶立方氮化硼复合片的基体，其制备方法，包括如下步骤：

第一步：分别将不同立方氮化硼和粘结剂按照不同比例混合均匀，得到一系列不同立方氮化硼含量的初始材料；

第二步：使用增韧补强陶瓷片替代碳化钨合金片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到增韧补强陶瓷基体上；

第三步：将第二步压制好的块体装配成高温高压合成块，通过高温高压烧结，压力为2-8 GPa, 温度为1100-1800 °C，制备得到新型聚晶立方氮化硼复合片。

增韧补强陶瓷是201811087988.4专利产品。

所述的一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，所述非金属硬质材料为陶瓷基体立方氮化硼复合材料，将陶瓷基体立方氮化硼复合材料作为聚晶立方氮化硼复合片的基体，其制备方法，包括如下步骤：

第二步：使用陶瓷基体立方氮化硼复合材料片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到陶瓷基体立方氮化硼复合材料基体上；

陶瓷基体立方氮化硼复合材料是201611153980.4专利产品。

所述的一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，所述韧性非金属硬质材料为超硬陶瓷防弹片，将超硬陶瓷防弹片作为聚晶立方氮化硼复合片的基体，其制备方法，包括如下步骤：

第二步：使用超硬陶瓷防弹片作为基体，将第一步所得到的初始材料通过模具压制到陶瓷基体立方氮化硼复合材料基体上；

超硬陶瓷防弹片是201510821355.1专利产品。

Claims

1.一种聚晶立方氮化硼复合片，包括烧结为一体结构的基体和聚晶立方氮化硼层，其特征在于：所述基体为非金属陶瓷。

2.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼复合片，其特征在于：所述非金属陶瓷为钛-过渡金属固溶硼化物陶瓷。

3.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼复合片，其特征在于：所述非金属陶瓷为碳纤维陶瓷摩擦片。

4.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼复合片，其特征在于：所述非金属陶瓷为超硬陶瓷防弹片。

5.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼复合片，其特征在于：所述非金属陶瓷为增韧补强陶瓷。