本发明专利技术属于聚晶立方氮化硼技术领域，具体涉及一种钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。该复合材料采用以下步骤制成：将立方氮化硼微粉与钛硅碳粉配料，冷压成型，在4.5~5.5GPa的压力，1200~1400℃的温度条件下制备钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。本发明专利技术利用钛硅碳粉和立方氮化硼微粉作为原料制得的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料具有优异的性能：耐热性达到1200℃，1000℃以下结合剂和立方氮化硼均不发生氧化；具有良好的导电导热性能，导热系数为50~75W/(m·k)，电阻率可以低至0.2μΩ·m。?
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚晶立方氮化硼
，具体涉及一种钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。
技术介绍
聚晶立方氮化硼(PolycrystallineCubic Boron Nitride,简称 PCBN),是指以许多微细的立方氮化硼微粉和适量的粘结剂为原料，在高压高温条件下，烧结而成的聚结体。聚晶立方氮化硼的晶粒呈无序排列，从而使聚晶立方氮化硼各向同性，不存在解理面，克服了单晶解理面的存在而导致的脆性。粘结剂在合成聚晶立方氮化硼的过程中起着重要作用，加入适量的粘结剂可以降低烧结温度和压力，并改善烧结体的性能。在选择粘结剂的时候一般要遵从以下3点1)线膨胀系数尽可能与立方氮化硼接近，以降低温差应力；2)粘结剂与氮或硼元素应有强烈的化学亲和性，从而可以提高粘结强度；3)聚晶立方氮化硼用于加工不同的金属材料(如耐磨铸铁与淬硬钢)时，粘结剂的含量对切削效果影响很大；因此制造粘结剂含量高的聚晶立方氮化硼时，粘结剂应具有较高的硬度与韧性。PCBN粘结剂大致可以归结为金属粘结剂和陶瓷粘结剂两大类。用金属作粘结剂的PCBN通常强度高，韧性好，导电导热性优于用陶瓷作粘结剂的PCBN，但金属通常在700^800° C的温度下就会软化。高温时金属的软化效应会导致聚晶立方氮化硼的耐磨性下降。金属和立方氮化硼的线膨胀系数相差较大，高温时会导致聚晶立方氮化硼结构的变化，从而使其实用性下降。陶瓷的熔点相对较高，高温时不会产生软化效应，用陶瓷作粘结剂的PCBN具有较高的耐高温磨损和较强的抗化学磨损性能，但陶瓷在高温时导热性差，易使切削温度集中在被加工材料上并使之软化，因此仅适合于淬硬钢的切削加工。
技术实现思路
本专利技术提供一种钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。本专利技术采用以下技术方案 一种钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料，采用以下步骤制成将立方氮化硼微粉与钛硅碳粉按广4:1的质量比配料，混匀后以20(T300MPa的压力冷压成型，在5(T8(TC下烘干，烘干后加压到4. 5 5. 5GPa，加压同时升温至120(Tl40(TC，保压保温15 60min，冷却卸压制得钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。所述钛硅碳粉的粒径为20-80微米。每个钛硅碳粉颗粒通常由若干晶粒组成，每个晶粒的大小为1-3微米，在制备本专利技术材料的高温高压过程中，颗粒被破坏，颗粒中的每个晶粒长大到3-5微米。所述立方氮化硼微粉的粒径为5-40微米。每个立方氮化硼微粉颗粒通常由一个晶粒组成，在制备本专利技术材料的高温高压过程中，立方氮化硼的晶粒尺寸基本不变。钛硅碳材料综合了金属和陶瓷的诸多优点，像陶瓷一样，有着良好的高温强度和耐腐蚀性，又和金属一样有着良好导电导热性能，同时该材料具有极低的摩擦系数。本专利技术利用钛硅碳粉和立方氮化硼微粉作为原料制得的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料具有优异的性能耐热性达1200°C，1000°C以下使结合剂与立方氮化硼都不会氧化，可以预防高温切削时粘结剂软化现象发生；导电导热性良好(导热系数为5CT75W/(m*k)，电阻率可以低至O. 2 μ Ω ·πι)，也可以避免常温使用时的崩角或开裂现象；具有较低的摩擦系数，与切削材料有关 ，为O. Γ0. 5，且随着切削速度的提高，摩擦系数会减小。附图说明图I为本专利技术制得的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料的XRD图谱； 图2为本专利技术制得的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料的微观相貌 图3为本专利技术制得的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料中钛硅碳与立方氮化硼颗粒的界面结合 图4为本专利技术制得的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料磨削后磨痕的扫描电镜图片。具体实施例方式实施例I : 按Ti3SiC2 :立方氮化硼=1 :1的质量比配料，称取1^33丨(2粉1(^，立方氮化硼微粉1(^，混匀，然后在不锈钢模具中经300MPa压力冷压成型，在80°C真空干燥箱内烘干2小时，再置于六面顶压机反应腔中，2min加压到4. 5GPa且升温至1200°C，保压保温60min后断电自然冷却，手动卸压，即制得钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。经检测，制得的复合材料在1200°C温度下的硬度大约为HV2400，在1000°C时不出现氧化现象，导热系数为55W/ (m-k),电阻率为O. 3 μ Ω ·πι，当切削铸铁时，摩擦系数为O. 21。实施例2: 按Ti3SiC2 :立方氮化硼=2 3的质量比配料，称取Ti3SiC2粉8g，立方氮化硼微粉12g，混勻，然后在不锈钢模具中经250MPa压力冷压成型，在60°C真空干燥箱内烘干2小时，再置于六面顶压机反应腔中，3min加压到5GPa且升温至1300°C，保压保温30min后断电自然冷却，手动卸压，即制得钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。经检测，制得的复合材料在1200°C温度下的硬度大约为HV2700，在1000°C时不出现氧化现象，导热系数为60W/ (m-k),电阻率为O. 8 μ Ω · m，当切削铸铁时，摩擦系数为O. 18。实施例3 按Ti3SiC2 :立方氮化硼=1 4的摩尔比配料，称取Ti3SiC2粉4g，立方氮化硼微粉16g，混匀，然后不锈钢模具中经200MPa压力冷压成型，在50°C真空干燥箱内烘干2小时，再置于六面顶压机反应腔中，4min加压到5. 5GPa且升温至1400°C，保压保温15min后断电自然冷却，手动卸压，即制得钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料。经检测，制得的复合材料在1200°C温度下的硬度大约为HV3100，在1000°C时不出现氧化现象，导热系数为72W/ (m -k)，电阻率为3. 2 μ Ω ·πι，当切削铸铁时，摩擦系数为O. 13。实施例1-3中所用钛硅碳粉的粒径为20-80微米，立方氮化硼微粉的粒径为5_40微米。以上实施例制得钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料的XRD图谱、微观相貌图、钛硅碳与立方氮化硼颗粒的界面结合图、磨削后磨痕的扫描电镜图片分别如图1、2、3、4所/Jn ο由图I看出，钛硅碳和立方氮化硼的特征峰明显存在。由图2看出，cBN颗粒(图中的深色颗粒)均匀地分布在基体中。钛硅碳晶粒在基体中组成一个网状结构，该结构为钛硅碳结合PCBN复合材料提供良好的导电导热性能，可以用电火花线切割加工，有利于PCBN复合材料的成型加工。由图3看出，钛硅碳与立方氮化硼界面结合紧密，润湿性较好，使PCBN复合材料强度更高；存在明显的界面结合区，两者结合界面比较平滑曲折，在裂纹扩展过程中产生阻力，钛硅碳和立方氮化硼颗粒良好的结合特性保证了超硬复合材料的优良的力学性能。由图4看出，该复合材料立方氮化硼是离散相，而钛硅碳是连续相，更能充分发挥钛硅碳的良好的导电导热性，同时增加了该复合材料的可加工性。权利要求1.一种钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料，其特征在于采用以下步骤制成将立方氮化硼微粉与钛硅碳粉按广4:1的质量比配料，混匀后以20(T300MPa的压力冷压成型，在5(T80°C下烘干，烘干后加压到4. 5^5. 5GPa，加压同时升温至120(Tl400°C，保压保温15飞Omin,冷却卸压制得钛娃碳结合立方氮化硼超硬复合材料。2.如权利要求I所述的钛硅碳结合立方氮化硼超硬复合材料，其特征在于所述钛硅碳粉的粒径为20-80本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周爱国，李良，王李波，李正阳，李尚升，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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