高压烧结在立方氮化硼中的应用[精选].ppt

高压烧结在立方氮化硼中的应用 1、引言 1957年，美国GE公司首先用高温高压法合成了cBN。 cBN具有高的硬度（仅次于金刚石）、宽带隙、高稳定性和高阻抗等特点，使其具有广泛的应用前景。 使用高温高压法合成的cBN刀具、磨料已应用于材料的高速精密加工；用cBN晶体已经制成了高温二极管和紫外发光管等。 1、引言 2、cBN简介 立方氮化硼（cBN）属于面心立方晶系 具有闪锌矿晶体结构 在[111]方向上，原子层以ABCABC方式排列 B，N原子间以sp3杂化方式成键。 2、cBN简介 由于cBN优异的性能 通常把cBN和金刚石 的性质进行比较 2、cBN简介 cBN具有许多优异的特性： 1、仅次于金刚石的高硬度 超硬保护涂层、刀具材料 2、热导率高和热稳定性好 3、高温下抗氧化性能强（1300℃以下不易氧化） 4、光谱透过率高 光学元件的涂层、光学窗口材料、紫外发光二极管 5、半导体特性好 高温、大功率、抗辐射的电子器件； 6、电学特性好 场发射材料、封装冷阴极电子场发射器件 7、良好的绝缘性 3、cBN的制备方法 1957年Wentorf用合成金刚石的装置，用镁作触媒，与hBN混合，经高温（1400℃以上）高压（6×109Pa）处理后，在镁的周围发生反应并出现硬块，经衍射看到硬块具有与金刚石类似的图样，确定为立方型BN（简称cBN）。 ——静态高压触媒法 3、cBN的制备方法 静态高压触媒法 静态高压下直接转变法 晶种—温度梯度法 爆炸法（加或不加介质） 气相法 4、CBN制备的高压设备介绍 六面顶压机具有操作方便、压力均匀等优点 从60年代起一直是我国合成超硬材料的主流设备 它采用油压系统推动顶砧运动，并予施压和保压，而且在其压力容限内，可对施加的压力进行调整。 4、CBN制备的高压设备介绍 日本OhSawa公司生产的六面高温高压烧结机 4、CBN制备的高压设备介绍 与国外相比，国产六面顶压机顶锤有特殊设计——存在顶锤导角（41°） 利于密封边的形成，进行快速地升压和降压，使cBN合成周期短，有效利用时间长 压力损耗加大，造成液压系统压力较高 4、CBN制备的高压设备介绍 （1）压力控制系统——适应高压要求 超高压液压泵，进行无限期的补压和保压 精密压力传感器，提高压力控制精度以及实现反馈信号采集 回程油路加装管式背压阀，使活塞在运行中行走平稳 液控系统回路中蓄能器，缓冲油压 4、CBN制备的高压设备介绍 （2）温度控制系统 温度的控制是通过标定加热功率和腔体内部温度的对应关系 只要内部腔体的材质稳定不变，那么在1500℃时，温度的控制系统可以达到±10℃，相对控制精度为1.0％。 4、CBN制备的高压设备介绍 （3）温度和压力的标定 高温高压下很难进行温度和压力的原位检测 只能用间接办法进行温度和压力的标定——采用恒功率加热，通过实际投入功率的大小来标定腔体内的温度。测温时用AB热电偶测量腔体中心的温度，热电偶连接顶锤的示意图如图2.3所示。 4、CBN制备的高压设备介绍 （4）传压介质的要求 传压（要求可塑性变形好） 密封（要求内摩擦力足够大） 保温（要求热导率低） 绝缘 支撑（形成密封边） 5、二阶段升压工艺烧结cBN 升压达到P1（加热压力或送温压力）开始加热，并一次性将加热温度升至预定的合成温度值 压力升到P2时（台阶压力），停止升压并在此压力下保持一段时间Δt（暂停时间） 再升压至预定的合成压力P3（终态压力）。 5、二阶段升压工艺烧结cBN 其中 暂停时间的长短 影响着cBN的 成核率、产量 及晶形是否完整等 重要参数。 5、二阶段升压工艺烧结cBN 吉林大学杨旭昕经实验采用二阶段升压工艺，具体的工艺参数为：台阶压力4.0GPa，终压为4.6GPa，合成温度为1390℃，暂停时间分别为20s、15s、10s。随着暂停时间的加长，cBN的成核率降低，产量减少，粒度明显增大，晶形完整率提高。 6、结束语 cBN是目前加工铁族金属及其合金的高精、高效、节能的最有效材料。 其晶体形态，抗压强度等直接影响其效能的发挥。 随着高压设备的不断完善，各种研究手段的不断创新，对cBN的认识不断深入，大颗粒高质量的cBN单晶体的合成和在某些方面的广泛应用一定会实现。 cBN的合成及应用将有更加美好的明天。 感谢您的欣赏！ 20080800501陈琼 ——高压烧结在立方氮化硼中的应用 * CBN磨具 CBN刀具 CBN晶体 静态高 工业生产cBN 最主要的方法 ——高压烧