一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片及其制备方法与流程

文档序号：17664469发布日期：2019-05-15 22:36阅读：166来源：国知局

本发明属于超硬材料领域，具体地，涉及一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片及其制备方法。

背景技术：

金刚石与立方氮化硼是目前工业中应用最广泛的两种超硬材料。金刚石是自然界中已知最硬的物质，具有极高的耐磨性、抗压强度、热导率，大颗粒金刚石单晶价格昂贵且具有解理面，金刚石颗粒尺寸限制了很多其功能性的应用，工业中很多领域使用性价比更高的聚晶金刚石材料来代替金刚石单晶。

聚晶金刚石被广泛应用于非铁金属和不含铁合金的切削加工，石油天然气及矿业勘采，木质地板加工等领域。立方氮化硼的硬度约为金刚石的一半，是仅次于金刚石的第二硬材料，但是立方氮化硼拥有比金刚石更高的热稳定性且不易和铁元素发生化学反应，因而可以用来加工铁金属或含铁合金，立方氮化硼单晶价格昂贵且具有解离面，工业中很多领域使用性价比更高的聚晶立方氮化硼材料来代替立方氮化硼单晶。聚晶立方氮化硼由于具有较高的红硬性，较高的耐磨性以及高的热稳定性而被广泛应用于铁金属和含铁合金的切削加工。

立方氮化硼-金刚石复合材料兼顾了聚晶金刚石与聚晶立方氮化硼的优点，统传的立方氮化硼-金刚石复合烧结体是在人造立方氮化硼和金刚石微粉中加入co、ni、tic、tin等金属粉末均匀混合后，在高压高温下烧结而成的一种超硬复合材料，它在宏观上表现出各向同性和较高的硬度及韧性，在某些方面的应用性能优于聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼。但是，由于聚晶金刚石和聚晶氮化硼在导热性能、热膨胀性能等方面的差异，使得立方氮化硼-金刚石复合材料的韧性较差，易崩裂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片及其制备方法，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的聚晶金刚石层、氧化镁-二氧化硅复合层与聚晶立方氮化硼层。

基于上述，所述聚晶金刚石层包括以下质量份的原料：金刚石粉91～96份、氧化镁粉(mgo)0.3～0.6份和硼化钛粉(tib)3～7份。

基于上述，所述氧化镁-二氧化硅复合层包括以下质量份的原料：二氧化硅粉(sio2)50～60份、氧化镁粉(mgo)30～40份、镁粉(mg)0.3～1.5份和钛粉(ti)1.5～3.5份。

基于上述，所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立方氮化硼粉94～99份、镁粉(mg)2～5份和二硅化钛粉(tisi2)1～4份。

基于上述，所述硬质合金的厚度为5～15mm，所述聚晶金刚石层的厚度为1～2mm，所述氧化镁-二氧化硅复合层的厚度为0.3～1mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为3～5mm。

一种上述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片的制备方法，其包括以下步骤：

先将所述硬质合金基体、所述聚晶金刚石层的原料、所述氧化镁-二氧化硅复合层的原料和所述聚晶立方氮化硼层的原料依次装入金属铌杯中，分层压实定型，再在4～6gpa、1700～1800℃条件下烧结15～22min，得到所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片。

基于上述，按质量份计，所述聚晶金刚石层的原料包括：金刚石粉90～95份、氧化铝粉4～6份和硼粉0.3～1.2份。

基于上述，按质量份计，所述氧化镁-二氧化硅复合层的原料包括：二氧化硅粉50～60份、氧化镁粉30～40份、镁粉0.3～1.5份和钛粉1.5～3.5份。

基于上述，按质量份计，所述聚晶立方氮化硼层的原料包括：立方氮化硼粉94～99份、镁粉2～5份和二硅化钛粉1～4份。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步。具体的说，本发明提供的所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片通过在聚晶金刚石层和聚晶立方氮化硼层之间设置氧化镁-二氧化硅复合层，该氧化镁-二氧化硅复合层采用氧化镁和二氧化硅为主料，两者的热膨胀系数小于聚晶立方氮化硼，且大于聚晶金刚石，如此使所述聚晶金刚石层和所述聚晶立方氮化硼层之间实现较平滑过渡，避免受热开裂。

进一步，所述聚晶金刚石层中采用mgo和tib作为粘结剂，它们和金刚石的热膨胀系数较为接近，且它们的导热系数远小于金刚石，因此，它们不仅具有良好的粘结性能，还可以减小所述聚晶金刚石层的导热系数；所述氧化镁-二氧化硅复合层采用mg和ti作为粘结剂，mg在烧结过程中和sio2反应形成mg和si，不仅可以有效提高结合强度，还可以提高所述氧化镁-二氧化硅复合层的导热性能，所述聚晶立方氮化硼层采用mg和tisi2作为粘结剂，在烧结过程中tisi2可以促进mg和氮化硼形成氮化镁或硼化镁，不仅可以提高粘结强度，还可以提高所述聚晶立方氮化硼层的导热性能和硬度；所述聚晶金刚石层、所述氧化镁-二氧化硅复合层和所述聚晶立方氮化硼层的粘结剂中均包括镁系材料作为粘结剂，可以有效降低各层间的阶梯效应，提高粘结强度，避免开裂；而且所述聚晶金刚石层、所述氧化镁-二氧化硅复合层和所述聚晶立方氮化硼层相结合使得所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片具有硬度高、韧性好的优点。

经检测，所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片的硬度为3058～3312hv，冲击次数为42～48，导热系数为127～168w/(m·k)。另外，本发明还提供该所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片的制备方法，该方法简单，易操作，适于工业生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合片，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的聚晶金刚石层、氧化镁-二氧化硅复合层与聚晶立方氮化硼层，其中，所述硬质合金的厚度为15mm，所述聚晶金刚石层的厚度为2mm，所述氧化镁-二氧化硅复合层的厚度为1mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为5mm。

所述聚晶金刚石层包括以下质量份的原料：金刚石粉91份、氧化镁粉0.3份和硼化钛粉3份；所述氧化镁-二氧化硅复合层包括以下质量份的原料：二氧化硅粉50份、氧化镁粉30份、镁粉0.3份和钛粉1.5份；所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立方氮化硼粉94份、镁粉2份和二硅化钛粉1份。