烧结无粘合剂cBN主体的方法包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，所述氮化硼颗粒混合物具有第一类型的氮化硼颗粒和氮化硼填料颗粒，并且所述氮化硼填料颗粒具有与所述第一类型的氮化硼颗粒不同的尺寸和/或类型；以及通过在所述压力室中生成小于7.7GPa的压力并且将所述氮化硼颗粒混合物加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，在所述压力室中烧结所述氮化硼颗粒混合物，以形成所述cBN主体，其中所述cBN主体具有至少97％的密度。
Bonded CBN Sintering by Hexahedral Top Press
The method of sintering the binderless cBN body includes supplying a mixture of boron nitride particles into a pressure chamber, the mixture of boron nitride particles having the first type of boron nitride particles and boron nitride filler particles, and the boron nitride filler particles having different sizes and/or types from the first type of boron nitride particles; and generating a less than 7.7 GPa in the pressure chamber. The boron nitride particle mixture is heated to a temperature ranging from about 1900 C to about 2300 C under pressure, and sintered in the pressure chamber to form the cBN main body, in which the cBN main body has a density of at least 97%.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用六面顶式压机进行的无粘合剂CBN烧结相关申请的交叉引用本申请要求2016年6月29日提交的美国临时申请No.62/356,225的优先权和权益，所述美国临时申请以引用方式整体并入本文。
技术介绍
立方氮化硼(cBN)颗粒可以在陶瓷或金属粘合剂存在下烧结在一起，以形成具有所设计材料性质(例如增加的耐磨性或韧性)的多晶立方氮化硼(PCBN)复合材料。例如，PCBN复合材料可以通过高压高温(HPHT)烧结包括作为硬相的cBN颗粒(例如，超硬材料)与铝(Al)金属粉末的混合物来形成，该混合物变为液体烧结反应物。PCBN的HPHT烧结可包括使用约4-7GPa之间的压力和约1200℃与1500℃之间的温度。在一些应用中，cBN颗粒可以在无粘合剂的cBN烧结工艺中在不使用粘合剂的情况下烧结在一起。然而，已知的无粘合剂cBN烧结工艺包括使用大于7.7GPa的超高压和大于2000℃(例如，在2200℃与2400℃之间)的高温。与用于形成PCBN的压力和温度条件相比，此类超高压和高温条件可能难以实现且成本高昂。PCBN可用于各种机械加工应用，包括(例如)用于搅拌摩擦焊接、加工或接合所用的工具。用于搅拌摩擦焊接的工具可以包括包含PCBN的强力销，所述强力销沿着两片材料之间的接缝移动，以使每片材料的一部分超塑性地变形并将所述两片焊接在一起。其它应用可能包括将PCBN用于切割工具、钻探工具或机械加工工具，例如用于机械加工工具钢、表面硬化钢和高速钢、焊接合金、铸铁及其它的工具。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了介绍一系列在下文具体实施方式中进一步描述的概念。本
技术实现思路
不意图鉴别要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用于辅助限制要求保护的主题的范围。在一个方面，本公开的实施方案涉及烧结无粘合剂cBN主体的方法，所述方法包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，所述氮化硼颗粒混合物具有第一类型的氮化硼颗粒和氮化硼填料颗粒以及具有与第一类型的氮化硼颗粒不同的尺寸和/或类型的氮化硼填料颗粒；以及在压力室中烧结氮化硼颗粒混合物以形成cBN主体，其中烧结包括在压力室中生成小于7.7GPa的压力以及将氮化硼颗粒混合物加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，其中cBN主体的密度为至少97％。在另一方面，本公开的实施方案涉及制备cBN主体的方法，所述方法包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，在压力室中生成约7GPa至小于7.7GPa范围内的压力，以及将压力室加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，其中cBN主体具有至少98％的cBN组成。在又一方面，本公开的实施方案涉及烧结的无粘合剂cBN主体，其具有多个结合在一起的cBN晶粒、至少99％的密度及大于38GPa的维氏硬度(Vickershardness)，其中cBN构成烧结的无粘合剂cBN主体组成的至少98％。从以下描述和所附权利要求中将明了所要求保护的主题的其它方面和优点。附图说明附图与说明书一起图解说明所公开主题的实例实施方案，并且与说明书一起用来解释所公开主题的原理。图1是由根据本公开实施方案的氮化硼颗粒混合物和由常规氮化硼颗粒混合物烧结而成的无粘合剂cBN主体的理论密度的图表。图2显示在不同温度下由根据本公开实施方案的氮化硼颗粒混合物烧结而成的烧结的无粘合剂cBN主体的x射线衍射光谱。图3显示图2的烧结的无粘合剂cBN主体的组成的表格。图4显示烧结的无粘合剂cBN主体的比较样品的x射线衍射光谱。图5显示烧结的无粘合剂cBN主体的比较样品的x射线衍射光谱。图6显示具有根据本公开实施方案的烧结的无粘合剂cBN材料的工具。图7显示具有根据本公开实施方案的烧结的无粘合剂cBN材料的切割元件。具体实施方式在以下具体实施方式中，通过说明的方式仅显示并描述所公开主题的某些实例实施方案。如本领域技术人员将认识到的，所公开的主题可以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案。在整个说明书中，相同的参考数值表示相同的元件。根据本公开的实施方案，通过使用本文论述的氮化硼起始材料组合物，可以通过在相对低的压力条件下烧结氮化硼颗粒来形成具有高密度和高硬度的烧结的无粘合剂立方氮化硼(cBN)主体。所得烧结的无粘合剂cBN主体基本上包括结合在一起的cBN晶粒，并且可能包括极少量的残余材料或杂质(例如，构成烧结主体组合物的小于3％、小于1％或小于0.5％)。例如，根据本文公开实施方案的烧结的无粘合剂cBN主体可具有至少97％的cBN组成，例如包括大于98％的cBN组成和大于99％的cBN组成，例如99.8％的cBN组成，所述cBN以结合在一起并且相互连接的cBN晶粒存在。如本文所用术语“颗粒”是指在烧结之前使用的粉末起始材料，而术语“晶粒”是指在烧结之后可辨别的超研磨区。为了烧结根据本文公开实施方案的无粘合剂cBN主体，可以将氮化硼颗粒混合物(其也可以称为起始材料)放置在保护容器中，该保护容器又可以放置在合适的高压高温压机装置的工作室中。然后可以使容器及其内容物经受升高的压力和温度条件以烧结无粘合剂的cBN主体。烧结的无粘合剂cBN主体可以使用通常用于形成多晶立方氮化硼的相同设备来制备。例如，根据本公开实施方案的无粘合剂cBN主体可以使用任何合适的压机(例如，高压高温(HPHT)压机)(例如六面顶式压机、带式压机、环管式压机或多面砧式压机以及其它已知的压机)来制备。尽管已知用于在高温和高压下烧结材料的压机可具有各种形状、尺寸和配置的组件，但压机通常包括用于容纳待烧结起始材料的“压力室”，其中可使装载至压力室中的起始材料经受增加的压力和温度以进行烧结。压力室可包括一个或多个组件，例如，相对于彼此可移动的组件、密封组件以及具有同轴或重叠壁的组件(仅举几个例子来说)，并且可具有不同的尺寸和形状。如本文所用，压力室可包括容器的一种或多种配置，所述容器能够容纳起始材料，同时允许热量和压力转移至起始材料。压力室可以形成为压机的不可移除部分，或者压力室可以是可移除部分，其中压力室可以从压机中移除并装载至压机中。先前已经使用压机分别在约1200-1500℃的温度和4-7GPa的压力下由cBN颗粒和金属粘合剂颗粒的起始材料混合物来烧结多晶立方氮化硼主体，并且分别在大于1900℃的温度和大于7.7GPa的压力下烧结无粘合剂cBN主体(由不含金属粘合剂的起始材料混合物)。然而，根据本文公开的实施方案，可使用压机在小于7.7GPa的压力和约1900℃至2300℃范围内的温度下烧结无粘合剂的cBN主体，同时还提供具有与在更高压力下烧结的先前cBN主体的密度和硬度相比相当或更大的密度和/或硬度的烧结的无粘合剂cBN主体。例如，根据本公开的实施方案，制备无粘合剂cBN主体的方法可包括将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，在压力室中生成小于7.7GPa(例如，在约6.8GPa至小于7.7GPa的范围内，例如约7GPa)的压力，以及将压力室加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，以将氮化硼颗粒混合物烧结成具有至少98％的cBN组成的烧结的无粘合剂cBN主体。所得烧结的无粘合剂cBN主体的其余组成可包括来自烧结的残余材料和/或杂质，例如来自用于混合氮化硼颗粒混合物的设备的碳化物和/或在加工条件下形成的氧化物。此外，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种烧结立方氮化硼主体的方法，所述方法包括：将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，所述氮化硼颗粒混合物包含第一类型的氮化硼颗粒和氮化硼填料颗粒，所述氮化硼填料颗粒具有与所述第一类型的氮化硼颗粒不同的尺寸和/或类型；和在所述压力室中烧结所述氮化硼颗粒混合物以形成所述立方氮化硼主体，所述烧结包括：在所述压力室中生成小于7.7GPa的压力；和将所述氮化硼颗粒混合物加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，其中所述立方氮化硼主体具有至少97％的密度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 US 62/356,2251.一种烧结立方氮化硼主体的方法，所述方法包括：将氮化硼颗粒混合物提供至压力室中，所述氮化硼颗粒混合物包含第一类型的氮化硼颗粒和氮化硼填料颗粒，所述氮化硼填料颗粒具有与所述第一类型的氮化硼颗粒不同的尺寸和/或类型；和在所述压力室中烧结所述氮化硼颗粒混合物以形成所述立方氮化硼主体，所述烧结包括：在所述压力室中生成小于7.7GPa的压力；和将所述氮化硼颗粒混合物加热至约1900℃至约2300℃范围内的温度，其中所述立方氮化硼主体具有至少97％的密度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的氮化硼颗粒是粒径在12微米至22微米范围内的粗立方氮化硼颗粒。3.如权利要求1所述的方法，其中所述氮化硼填料颗粒包含平均粒径小于所述第一类型的氮化硼颗粒的细立方氮化硼颗粒。4.如权利要求3所述的方法，其中所述细立方氮化硼颗粒具有2微米或更小的粒径。5.如权利要求3所述的方法，其中所述细立方氮化硼颗粒构成所述氮化硼颗粒混合物的10重量％至20重量％。6.如权利要求1所述的方法，其中所述氮化硼填料颗粒包括六方氮化硼颗粒。7.如权利要求6所述的方法，其中所述六方氮化硼颗粒构成所述氮化硼颗粒混合物的5重量％至20重量％。8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在烧结之前在所述压力室中振动所述氮化硼颗粒混合物。9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在烧结之前冷等静压制所述氮化硼颗粒混合物。10.如权利要求1所述的方法，其中以具...
【专利技术属性】
技术研发人员：Y鲍，
申请(专利权)人：史密斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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