PL227103B1 - Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania - Google Patents

Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania

Info

Publication number
PL227103B1
PL227103B1 PL402209A PL40220912A PL227103B1 PL 227103 B1 PL227103 B1 PL 227103B1 PL 402209 A PL402209 A PL 402209A PL 40220912 A PL40220912 A PL 40220912A PL 227103 B1 PL227103 B1 PL 227103B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
boron nitride
composite
phase
mass
cubic boron
Prior art date
Application number
PL402209A
Other languages
English (en)
Other versions
PL402209A1 (pl
Inventor
Piotr Klimczyk
Paweł Figiel
Piotr Wyżga
Piotr Wyzga
Lucyna Jaworska
Ludosław Stobierski
Original Assignee
Inst Zaawansowanych Tech Wytwarzania
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 Inst Zaawansowanych Tech Wytwarzania filed Critical Inst Zaawansowanych Tech Wytwarzania
Priority to PL402209A priority Critical patent/PL227103B1/pl
Publication of PL402209A1 publication Critical patent/PL402209A1/pl
Publication of PL227103B1 publication Critical patent/PL227103B1/pl

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt wytwarzany na drodze reakcyjnego spiekania wysokociśnieniowego proszku regularnego azotku boru cBN (cubic boron nitride) z proszkiem wielofazowym oraz sposób wytwarzania takiego kompozytu.
Kompozyt ma zastosowanie w szczególności jako materiał ostrzy narzędzi skrawających do obróbki materiałów trudnoobrabialnych, przykładowo stali zahartowanych lub żeliw.
Materiały polikrystaliczne otrzymywane na bazie regularnego azotku boru określanego dalej jako cBN (cubic boron nitride) znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle maszynowym, szczególnie na narzędzia skrawające. Spowodowane to jest ich unikatowymi właściwościami fizykomechanicznymi takimi jak bardzo wysoka twardość oraz sztywność połączona z odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach, dobrą przewodnością cieplną nie obniżającą się ze wzrostem temperatury oraz chemiczną obojętnością w stosunku do żelaza i licznych jego stopów.
Materiały te otrzymywane są w specjalnych urządzeniach drogą spiekania w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. W charakterze dodatków aktywujących proces spiekania stosowane są metale, azotki, węgliki oraz tlenki. Spośród metali najczęściej stosowane są metale IV-VI grupy układu okresowego pierwiastków, a także żelazo, glin, kobalt, nikiel. W procesie spiekania zachodzą reakcje chemiczne między azotkiem boru i metalami, w wyniku których tworzą się nowe związki. Przykład takiego rozwiązania ujawniony został w opisie US 3233988.
Znane są dwa rodzaje spieków z regularnym azotkiem boru. Pierwszy rodzaj zawiera powyżej 85% objętościowych regularnego azotku boru a jego struktura charakteryzuje się dużą ilością mocnych połączeń typu cBN-cBN. Spieki takie mają wysoką twardość, wytrzymałość mechaniczną, odporność na kruche pękanie oraz wysokie przewodnictwo cieplne zdeterminowane głównie właściwościami azotku boru. Spieki te są jednak mniej odporne na zużycie chemiczne w podwyższonych temperaturach w stosunku do spieków drugiego rodzaju zawierających mniej niż 85% objętościowych cBN i więcej niż 15% objętościowych fazy wiążącej, najczęściej w postaci azotków, borków i węglików metali z IV-VI grupy układu okresowego pierwiastków. Właściwości spieków drugiego rodzaju są w znacznym stopniu modyfikowane właściwościami odpornej termicznie i chemicznie ceramicznej fazy wiążącej. Przykład takiego rozwiązania ujawniony został w opisie US 4334928.
Znany z opisu EP 0974566 kompozyt zawiera 45-70% objętościowych cBN oraz posiada fazę wiążącą składającą się przynajmniej z jednego związku, najczęściej jednak z mieszaniny kilku związków należących do następujących grup: a) azotków, węglików, węgliko-azotków lub borków metali IV-VI grupy układu okresowego pierwiastków; b) azotków, borków lub tlenków Al; c) azotków, węglików, węgliko-azotków lub borków Fe, Co, lub Ni. Kompozyt ten otrzymywany jest w temperaturze 1300°C i pod ciśnieniem 5 GPa.
Znany z opisu EP 1359130 kompozyt zawiera 50-95% objętościowych cBN oraz posiada fazę wiążącą składającą się przynajmniej z jednego związku, najczęściej jednak z mieszaniny kilku z następujących związków: azotków, węglików, węgliko-azotków lub borków metali IV-VI grupy układu okresowego pierwiastków; borków zawierających pierwiastek z grupy VIII układu okresowego pierwiastków i pierwiastek z IV, V lub VI grupy układu okresowego pierwiastków jak również związków Al. Kompozyt ten otrzymywany jest w temperaturze 1500°C i pod ciśnieniem 5 GPa.
Z opisu PL 188 802 znany jest kompozyt z regularnego azotku boru, zawierający azotek boru i fazę wiążącą, który składa się z 50-90% wagowych regularnego azotku boru cBN o rozmiarach cząstek od 2 do 20 μm, 1-49% wagowych międzymetalicznej fazy wiążącej wybranej z grupy AI(Ni, Ti, Co, Mg, Fe) i 1-49% wagowych fazy węglikowo-azotkowej w postaci jednego lub więcej związków z grupy TiNx, Ti(C,N)x, TiCx, (TiM)Cx, (TiM)(C,N)x, gdzie M oznacza metale od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków, a także glin Al, x zawiera się w przedziale 0,5-1, przy czym procent molowy związków Ti do związków zawierających metale od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków wynosi od 66 do 95%. Faza węglikowo-azotkowa może zawierać borki, azotki, węgliki i węglikoazotki z grupy glinu, kobaltu, magnezu i żelaza w ilości od 0-49% wagowych.
Sposób wytwarzania omawianego kompozytu polega na tym, że mieszaninę składającą się z 50-90% wagowych regularnego azotku boru cBN o rozmiarach cząstek od 2 do 20 μm, 1-49% wagowych międzymetalicznej fazy wiążącej wybranej z grupy AI(Ni, Ti, Co, Mg, Fe) i 1-49% wagowych fazy węglikowo-azotkowej w postaci jednego lub więcej związków z grupy TiNx, Ti(C,N)x, TiCx, (TiM)Cx, (TiM)(C,N)x, gdzie M oznacza metale od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków, a także glin Al, x zawiera się w przedziale 0,5-1, przy czym procent molowy związków Ti do związków
PL 227 103 B1 zawierających metale od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków wynosi od 66 do 95% po wysokociśnieniowym spieczeniu poddaje się dodatkowej obróbce cieplnej poprzez dodatkowo wy-3 5 żarzanie w temperaturze od 500 do 1400°C i przy ciśnieniu od 1 x 10-3 do 1 x 105 Pa w czasie od 20 minut do 3 godzin. Przy wytwarzaniu kompozytu omawianym wyżej sposobem stosowan e składniki wyjściowe stanowią gotowe mieszanki. Nie występują reakcje powodujące powstanie nowych związków.
Z opisu patentowego PL 192480 znany jest kompozyt z regularnym azotkiem boru, zawierający regularny azotek boru i fazę wiążącą. Kompozyt składa się z gotowych składników, a to 50-95% masowych regularnego azotku boru cBN o rozmiarach cząstek od 2 do 20 pm i 50-5% masowych międzymetalicznej fazy wiążącej metali wybranych z grupy Al, Ni, Ti, Co, Mg, Fe, przy czym w międzymetalicznej fazie wiążącej jeden z metali stanowi 0-95% masowych. Nie występują w nim fazy zawierające krzem, bor lub wolfram. Kompozyt ten otrzymywany jest w temperaturze 1500-2500°C i pod ciśnieniem 7-9 GPa. Nie stosuje się przy jego wytwarzaniu spiekania reakcyjnego.
Z opisu patentowego EP 0937693 znany jest kompozyt zawierający w swoim składzie głównie azotek krzemu z dodatkiem azotku boru w ilości 10% objętościowych oraz niewielkim dodatkiem AI2O3 oraz Y2O3. Kompozyt ten jest otrzymywany metodą izostatycznego prasowania na gorąco HIP (Hot Isostatic Pressing) w temperaturze 1700-1980°C.
Wszystkie przedstawione powyżej rozwiązania dotyczą klasycznych sposobów spiekania i produktów wytworzonych takimi sposobami. Wykorzystuje się do ich prowadzenia gotowe mieszanki składników wyjściowych.
Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że kompozyt składa się z 50-95% masowych regularnego azotku boru cBN o rozmiarach cząstek od 0,1 do 20 pm oraz z 5-50% masowych fazy wiążącej zawierającej przynajmniej jeden związek z każdej z następujących grup: a) TiC, TiCN; b) SiC, TiB2; c) WC, WB, WSi2, przy czym związki zawarte w kompozycie powstają bezpośrednio w nim jako produkty przemian fazowych.
Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że do proszku regularnego azotku boru cBN o rozmiarach cząstek od 0,1 do 20 pm dodaje się 5-50% masowych proszku wielofazowego z układu Ti-Si-C, otrzymanego w jednym procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis), o składzie wyrażonym w procentach masowych, zawierającym się w następujących przedziałach: 40-80% Ti3SiC2, 20-50% TiSi2, 5-20% SiC, 5-20% TiC oraz 0,1-20% masowych fazy WC. Regularny azotek boru jest mieszany mechanicznie z proszkiem wielofazowym z układu Ti-Si-C oraz z fazą WC. Kompozyt jest spiekany metodą wysokociśnieniową w zakresie ciśnień 4-8 GPa, w zakresie temperatur 1500-2200°C, w czasie 20-240 s.
Podczas procesu spiekania powstają w kompozycie nowe fazy wskutek reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy cBN, fazami z układu Ti-Si-C oraz fazą WC. W wyniku tego procesu powstaje kompozyt z wieloskładnikową fazą wiążącą powstałą na drodze wysokociśnieniowo - wysokotemperaturowych reakcji chemicznych pomiędzy cBN, fazami z układu Ti-Si-C oraz fazą WC charakteryzujący się modułem Younga powyżej 500 GPa, twardością powyżej 3500 HV1 oraz odpornością na
1/2 pękanie powyżej 5 MPa-m .
P r z y k ł a d I
Proszek regularnego azotku boru o rozmiarach cząstek od 3 do 6 pm w ilości 65% masowych miesza się mechanicznie z wielofazowym proszkiem z układu Ti-Si-C, otrzymanym w jednym procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS, w ilości 30% masowych oraz z fazą WC w ilości 5% masowych, przy czym skład wielofazowego proszku z układu Ti-Si-C wyrażony w procentach masowych jest następujący: 50% Ti3SiC2, 30% TiSi2, 10% SiC, 10% TiC. Z tak przygotowanej mieszaniny, zawierającej cBN fazy z układu Ti-Si-C oraz fazę WC formuje się kształtki, które następnie spieka się przy ciśnieniu 6,5 GPa w temperaturze 1900°C w czasie 90 s. Skład otrzymanego kompozytu wyrażony w procentach masowych jest następujący: 56% cBN, 24% TiCN, 8% SiC, 7% TiB2, 5% WSi2. Moduł Younga kompozytu wynosi 600 GPa, twardość 3600 HV1 odporność na pękanie 6 MPa-m1/2.
P r z y k ł a d II
Proszek regularnego azotku boru o rozmiarach cząstek od 3 do 6 pm w ilości 88% masowych miesza się mechanicznie z wielofazowym proszkiem z układu Ti-Si-C, otrzymanym w jednym procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS, w ilości 10% masowych oraz z fazą WC w ilości 2% masowych, przy czym skład wielofazowego proszku z układu Ti-Si-C wyrażony w procentach masowych jest następujący: 50% Ti3SiC2, 30% TiSi2, 10% SiC, 10% TiC. Z tak przygotowanej
PL 227 103 B1 mieszaniny, zawierającej cBN fazy z układu Ti-Si-C oraz fazę WC formuje się kształtki które następnie spieka się przy ciśnieniu 7,5 GPa w temperaturze 2050°C w czasie 60 s. Skład otrzymanego kompozytu wyrażony w procentach masowych jest następujący: 74% cBN, 4,5% TiCN, 16% SiC, 2,8% WB,
1,7% WC, 1% WSi2. Moduł Younga kompozytu wynosi 760 GPa, twardość 4000 HV1 odporność na /9 pękanie 7 MPa-m .

Claims (2)

1. Kompozyt z regularnym azotkiem boru zawierający wieloskładnikową fazę wiążącą, znamienny tym, że składa się z 50-95% masowych regularnego azotku boru cBN o rozmiarach ziaren od 0,1 do 20 μm oraz z 5-50% masowych fazy wiążącej zawierającej przynajmniej jeden związek z każdej z następujących grup: a) TiC, TiCN; b) SiC, TiB2; c) WC, WB, WSi2, przy czym związki zawarte w kompozycie powstają bezpośrednio w nim jako produkty przemian fazowych.
2. Sposób wytwarzania kompozytu z regularnym azotkiem boru, polegający na reakcyjnym spiekaniu wysokociśnieniowym proszku regularnego azotku boru cBN z proszkiem fazy wiążącej, znamienny tym, że do proszku regularnego azotku boru cBN o rozmiarach cząstek od 0,1 do 20 μm dodaje się 5-50% masowych proszku wielofazowego z układu Ti-Si-C, otrzymanego w jednym procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej o składzie wyrażonym w procentach masowych, zawierającym się w następujących przedziałach: 40-80% Ti3SiC2, 20-50% TiSi2, 5-20% SiC, 5-20% TiC oraz 0,1-20% masowych fazy WC, regularny azotek boru miesza się mechanicznie z proszkiem wielofazowym z układu Ti-Si-C oraz z fazą WC, po czym spieka się metodą wysokociśnieniową w zakresie ciśnień 4-8 GPa oraz w zakresie temperatur 1500-2200°C w czasie 20-240 s.
PL402209A 2012-12-24 2012-12-24 Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania PL227103B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL402209A PL227103B1 (pl) 2012-12-24 2012-12-24 Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL402209A PL227103B1 (pl) 2012-12-24 2012-12-24 Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL402209A1 PL402209A1 (pl) 2014-07-07
PL227103B1 true PL227103B1 (pl) 2017-10-31

Family

ID=51063034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL402209A PL227103B1 (pl) 2012-12-24 2012-12-24 Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL227103B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3766857A4 (en) * 2018-03-14 2021-12-15 Mitsubishi Materials Corporation CBN-SINTERED COMPACT AND CUTTING TOOL

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201412164D0 (en) * 2014-07-08 2014-08-20 Element Six Abrasives Sa Cubic boron nitride composite material, method of using it, method of making it and tool comprising it

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3766857A4 (en) * 2018-03-14 2021-12-15 Mitsubishi Materials Corporation CBN-SINTERED COMPACT AND CUTTING TOOL
US11383305B2 (en) 2018-03-14 2022-07-12 Mitsubishi Materials Corporation cBN sintered compact and cutting tool

Also Published As

Publication number Publication date
PL402209A1 (pl) 2014-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Asl et al. Fractographical characterization of hot pressed and pressureless sintered SiAlON-doped ZrB2–SiC composites
CN101583451B (zh) cBN烧结体和由cBN烧结体制成的工具
Naidoo et al. Influence of tantalum on the microstructure and properties of Ti (C, N)-Ni cermets
Zhu et al. Effect of Al2O3 on the microstructure and mechanical properties of Ti3AlC2/Al2O3 in situ composites synthesized by reactive hot pressing
Derakhshandeh et al. Preparation of in-situ formed TiN0. 3-Ti5Si3-TiN composites through reactive spark plasma sintering of Ti and Si3N4
Yeh et al. Combustion synthesis of TiC–TiB2 composites
Foong et al. Hot pressing and microstructural characterization of SiC and TiN added TiB2 ceramics
KR20170048409A (ko) 소결체, 소결체를 이용한 공구, 및 소결체의 제조방법
Peng Fabrication and mechanical properties of microalloyed and ceramic particulate reinforced NiAl-based alloys
JP7089743B2 (ja) 硬質材料およびその製造方法
PL227103B1 (pl) Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania
CN101787476B (zh) 一种(TiCxNy-TiB2)/Ni陶瓷-金属复合材料及其制备方法
Mishra et al. In-situ synthesis of Ti-Si-C fine grained composite with different amount of TiC: Microstructure and mechanical properties
CN102839311A (zh) 金属陶瓷及金属陶瓷的制备方法
JP2011098875A (ja) 立方晶窒化硼素焼結体
Wang Effects of TiN content on the properties of hot pressed TiB2–SiC ceramics
Guan et al. Effect of Fe addition on self-propagating high-temperature synthesis of Ti5Si3 in Fe–Ti–Si system
JP7261949B2 (ja) WC-Si3N4系複合セラミックス及びその製造方法
Hashimoto et al. Synthesis of Ti3SiC2 from powder blend of Ti, Si and TiC
Chawake et al. Verification of correlation between densification during spark plasma sintering and compressive creep of ultrafine-grained in-situ Al2O3-reinforced B2 aluminide matrix composites
Li et al. Effect of titanium silicide content on the reinforcement of poly-crystalline cubic boron nitride composites sintered via the HPHT method
WO2008068283A3 (de) WERKSTOFF AUF DER BASIS VON SiAlONen
JP2023048855A (ja) 硬質焼結体、硬質焼結体の製造方法、切削工具、耐摩耗工具および高温用部材
Huang et al. Effect of Ni content on microstructure and mechanical properties of NbC-WC-Ti (C0. 7, N0. 3)-Ni cermets
JP2006169015A (ja) 窒化ホウ素分散複合セラミックス及びその製造方法