含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备.pdfVIP

第21卷第4期 高 压 物 理学 报 V01．21，No．4 2007年12月 CHINESEJOURNAL0FHIGHPRESSUREPHYSICS DeC．。2007 文章编号：1000—5773(2007)04—0409—05 含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备。 赵玉成，孙金峰，王明智 (燕山大学材料学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛066004) 摘要：采用在cBN表面进行镀钛、并在PcBN结合剂中加入纳米金刚石的方法，对静压法 SEM、显微硬度、致密度分析和热稳定性分析，并与结合剂中不合纳米金刚石的PcBN样品进 行对比，研究纳米金刚石的添加对合成PcBN的组织结构和性能的影响。实验结果表明，在有 镀钛cBN、Al和Si存在的环境中，采用先升压至5．5GPa，然后升温至l400℃，保温保压 500 S的合成工艺，在PcBN中未发现纳米金刚石发生石墨化；作为碳源，与Si、Ti、Al等共同作 用，在PcBN组织中形成多种耐热、高硬、稳定的化合物。适当过量地加入使得PcBN组织中 残留部分未反应的纳米金刚石，不仅提高了PcBN的致密性，而且提高了PcBN的硬度，更为重 要的是消除和减轻了“架桥”现象。在合成PcBN的过程中，Ti和纳米金刚石的反应活性最强。 结合真空微蒸发镀钛技术，cBN表面镀钛和加入纳米金刚石使PcBN中的各组分之间充分反应 形成的多种化合物过渡层，使得PcBN中各相之间有良好的相容性，PcBN的热稳定性得到提高。 关键词：立方氮化硼；聚晶立方氮化硼；纳米金刚石；组织结构 中图分类号：TQl64；TG711文献标识码：A 1 引 言 在现代机械制造技术中，金属切削加工占有极其重要的地位，因此，研究和开发新型的工具材料对 切削加工技术的进步具有决定性的作用。众所周知，金刚石具有世界上最高的硬度，因此金刚石刀具具 有很高的硬度和使用寿命，但在金属切削工艺中，由于金刚石对黑色金属进行切削时容易石墨化，降低 Boron 金刚石刀具的使用性能，而立方氮化硼(Cubic CubicBoron 聚晶立方氮化硼(Polycrystalline 下，经高温高压烧结而成的立方氮化硼多晶体[3q]。PcBN的理想组织为各微小晶粒呈无序排序，硬度 均匀、没有方向性，具有均匀的耐磨性和抗冲击性，特别是组织中的结合剂最好由尽量接近cBN性能的 化合物组成。这样的组织构成克服了单晶cBN易解理和各向异性等不足，因此在切削行业中PcBN越 属结合剂和陶瓷结合剂的优点，既有较高的硬度、热稳定性又有较好的韧性。结合剂主要由Al和Si以 及一些稀土金属化合物等组成[8]。 PcBN的性能取决于它的组成和结构。在高温高压合成过程中，超高压迫使cBN颗粒紧密接触，但 由于cBN颗粒的高强度，难以产生塑性变形，在其相互接触后产生“架桥”效应[9]，形成微小的空隙，在 PcBN刀具使用中易造成软点，由于应力集中而产生微裂纹等缺陷，如何减少“架桥”而引起的空隙是提 高PcBN性能的重要课题。针对上述问题，本实验在结合剂中添加了一定量的纳米金刚石[10‘11]，一方面 纳米金刚石的粒度很细，方位自调节性好，可以填充cBN微粉及结合剂微粉之间的空隙，提高PcBN的 *收稿日期：2006—11-02；修回日期：2006-12·21 edu．cn edu．cn 通讯作者：王明智(1952一)，男，博士生导师，教授，主要从事超硬材料的制备与磨具研究．E-mail：cycl@ystu 万方数据 410 高 压 物 理 学 报 第21卷 致密程度，填充作用还可以减少或消除“架桥”效应，使合成时的压力分布均匀；另一方面，纳米金刚石的 活性较高，容易与结