一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于超硬材料技術(shù)領域，具體涉及一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料，同時還涉及一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]立方氮化硼的硬度高，抗氧化性強，具有優(yōu)越的物理、化學和熱穩(wěn)定性能，尤其是避免了金剛石制品加工鐵基合金材料發(fā)生化學反應的局限性，被國際材料界作為金剛石的替代材料(王光祖.立方氮化硼特性綜述.超硬材料工程.2005，5 (17): 41-45)。因此近年來，隨著像磨削中心、超高速磨床等磨削系統(tǒng)的開發(fā)，立方氮化硼磨料在精密加工、航空航天、汽車制造業(yè)以及軸承行業(yè)等領域有著越來越廣泛的應用(Yosh1 Ichida, RyunosukeSat0.Profile grinding of superalloys with ultrafine-crystalline cBN wheels.JSMEInternat1nal Journal.2006 ；49 (I):94-99)0
[0003]然而傳統(tǒng)單晶立方氮化硼磨料的缺點在磨削過程中逐漸暴漏出來，例如單晶立方氮化硼存在易劈裂的解理面，脆性大，容易發(fā)生解理破損。這會導致在磨削過程中，當大多數(shù)磨粒因磨耗磨損而出現(xiàn)平臺后，磨粒與工件接觸界面之間的滑擦作用必然強于耕犁、切削作用，這無疑降低了磨粒的鋒利度，導致過大的磨削力與過高的磨削溫度，甚至產(chǎn)生磨削顫振或燒傷磨削件，降低加工質(zhì)量(Wen-Feng Ding, Jiu-Hua Xu.Wear behav1r andmechanism of single-layer brazed CBN abrasive wheels during creep-feed grindingcast nickel-based superalloy.1nt J Adv Manuf Technol.2010 ;51:541 - 550)。
[0004]當前，多晶立方氮化硼磨料是解決單晶立方氮化硼磨料缺陷的有效方法，多晶立方氮化硼磨料根據(jù)制備時是否加入粘結(jié)劑可以分為含有結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼(PcBN)磨料和不含結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼(B-PcBN)磨料。而對于含粘結(jié)劑的PcBN磨料來說，粘結(jié)劑的加入雖然可以有效地改善PCBN的燒結(jié)工藝，降低其燒結(jié)溫度(1200-1500°C )及壓力(4_7GPa) (Hara A.Yatsu S.Japanese Patent S55_113859Sept 2 1980 ;Ran Lv, JinLiu.High pressure sintering of cubic boron nitride compacts with Al and AIN.Diamond&Related Materials.2008 ;17:2062_2066)，但是粘結(jié)劑的加入會顯著影響 PcBN磨料的硬度、耐磨性和導熱率，從而降低了磨料的使用性能和壽命，使磨料及相應的磨具不能滿足高效高精磨削加工的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料。
[0006]本發(fā)明的第二個目的是提供一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料的制備方法。
[0007]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料，是由包括以下步驟的方法制備的:
[0009]I)將六方氮化硼粉體裝入模具中，模壓預成型，得預成型品；
[0010]2)將步驟I)所得預成型品在真空條件下進行等冷靜壓處理，得六方氮化硼塊體；
[0011]3)將步驟2)所得六方氮化硼塊體裝入鉭杯中，與傳壓介質(zhì)組成組裝塊；
[0012]4)將步驟3)所得組裝塊進行高溫高壓合成處理后，隨爐冷卻并脫模，破碎分級，即得所述無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料。
[0013]步驟I)中，所述六方氮化硼粉體的粒徑為0.1?5 μπι。
[0014]步驟I)中，所述模壓的條件為:真空度彡I X KT1Pa,模壓溫度為800?1600°C。
[0015]模壓預成型時，達到模壓條件后，保持模壓條件0.5?3h后再開始加載壓力。
[0016]加載壓力為50?lOOMPa。
[0017]所述模壓預成型所用的設備為真空熱壓燒結(jié)爐。
[0018]步驟2)中，所述等冷靜壓處理的壓力為150?200MPa，保壓時間為2?10h。
[0019]步驟2)所得六方氮化硼塊體的氧雜質(zhì)含量< 0.05%，體積密度為1.7?2.2g/
3
cm ο
[0020]步驟4)中，所述高溫高壓合成的壓力為9?15GPa，溫度為1500?2200°C，保溫保壓時間為5?20min。
[0021]步驟4)中脫模時，鉭杯使用氫氟酸溶解去除。
[0022]一種無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料的制備方法，包括下列步驟:
[0023]I)將六方氮化硼粉體裝入模具中，模壓預成型，得預成型品；
[0024]2)將步驟I)所得預成型品在真空條件下進行等冷靜壓處理，得六方氮化硼塊體；
[0025]3)將步驟2)所得六方氮化硼塊體裝入鉭杯中，與傳壓介質(zhì)組成組裝塊；
[0026]4)將步驟3)所得組裝塊進行高溫高壓合成處理后，隨爐冷卻并脫模，破碎分級，即得所述無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料。
[0027]步驟2)中，所述等冷靜壓處理是將預成型品裝入袋狀橡膠制品中，抽真空后進行等冷靜壓處理。袋狀橡膠制品的塑性變形能力較強，不容易產(chǎn)生應力集中點，而且作為抽真空的容器時也比較容易操作。所述袋裝橡膠制品包括但不僅限于橡膠手套。
[0028]本發(fā)明的無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料，是以六方氮化硼為原料，依次經(jīng)模壓預成型、冷等靜壓處理、組成組裝塊、高溫高壓合成等工藝制備的，以高純hBN通過直接的相變所得無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料，具有以下優(yōu)點:
[0029]I)該磨料只由亞微米尺寸的cBN單晶組成，具有亞微米尺寸cBN單晶的超細晶體結(jié)構(gòu)；由于其極細的晶粒組成和超強的界面結(jié)合，使其避免了傳統(tǒng)聚晶立方氮化硼磨料(PcBN)中粘結(jié)劑的含量和種類對磨料使用性能及壽命的限制，該磨料具有更高的硬度、耐熱性和熱導率，硬度為40?50GPa，橫向斷裂強度為1.1?1.7GPa ；
[0030]2)該磨料不僅具有優(yōu)異的耐磨性能，還具有杰出的自銳性和各向同性的優(yōu)勢，可以有效避免單晶cBN磨粒在磨削過程中易發(fā)生解理破碎等缺點，即其微破碎自銳效應和各向同性克服了單晶cBN磨料的鈍化、解理和各向異性等缺陷；
[0031]3)與單晶cBN磨料不同，該磨料在磨削力增大的條件下，B-PcBN磨料之間的亞微米cBN單晶結(jié)合面會發(fā)生脫粘，使磨鈍的亞微米尺寸的cBN單晶脫落，可使磨粒內(nèi)部的單晶cBN顆粒不斷裸露出來繼續(xù)參與磨削，因此，本發(fā)明的無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料的自銳特性可使磨粒始終維持在高鋒利狀態(tài)，避免了磨粒磨鈍后磨削力和磨削溫度的急劇增加，顯著提高工具的壽命及工件表面的加工精度。
[0032]本發(fā)明的無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料，適用于傳統(tǒng)單晶和聚晶立方氮化硼磨料(PcBN)無法滿足的高硬度淬火鋼特別是電氣、電子和光學器件的高精度加工，具有很高的社會價值和經(jīng)濟效益，適合推廣應用。
[0033]本發(fā)明的無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料的制備方法，是以六方氮化硼為原料，依次經(jīng)模壓預成型、冷等靜壓處理、組成組裝塊、高溫高壓合成等工藝，高度結(jié)晶的高純六方氮化硼粉體經(jīng)過真空熱壓成型為各向通行的hBN塊體，然后在高溫高壓的條件下經(jīng)過直接的相轉(zhuǎn)變燒結(jié)出cBN，后經(jīng)破碎分級得到無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料；該制備方法工藝簡單，操作方便，成本低，易于自動化控制，適合規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0034]圖1為實施例1所得無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0036]實施例1
[0037]本實施例的無結(jié)合劑的聚晶立方氮化硼磨料，是由以下方法制備的:
[0038]I)將粒徑為0.1?I μ m的六方氮化硼(hBN)粉體裝入模具后，置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在真空度為6.6X 10_2Pa、模壓溫度為800°C的模壓條件下保持0.5h后開始加載壓力進行預成型，加載壓力為lOOMPa，得預成型品；
[0039]2)將步驟I)所得預成型品裝入橡膠手套中，抽真空后進行冷等靜壓處理，壓力為150MPa，保壓時間為2h，得到致