PcBN高压烧结过程及机理研究

聚晶立方氮化硼（PcBN）刀具材料不仅热稳定性好、化学惰性强,而且硬度高,是目前加工黑色金属材料以及实现加工领域的高效、高速和高精度的最佳工具材料。文章旨在对高温高压下不同粘结剂在PcBN的烧结过程中的行为规律作一个总结,以期进一步指导我们寻找更优的粘结剂组分和配比,了解PcBN的高压烧结机理,制备出高性能的PcBN刀具材料。     

温度对PcBN切削刀具材料硬度的影响

PcBN切削刀具用于高速高温下加工铁基合金，为了准确地预测这种刀具材料的寿命，尤其了解在切削温度和切削压力下发生的变形和有关机理很有必要。本研究以维氏压痕作为一种手段来评估cBN含量、结合剂相cBN晶粒尺寸对几种PcBN材料机械性能的影响。研究表明，随着试验温度的升高，刀具材料的变形机理发生变化，经证实，压痕法有益于识别这种变化。     

加工钛合金用PcBN刀具材料的性能分析

钛合金以其优良的性能在航空航天、化工能源、医疗、体育、船舶等领域中有广泛的应用,然而它的难加工性限制了它的发展,文章针对钛合金的加工特性,对PcBN刀具材料的性能特点进行了分析总结。     

世界第一款纳米级PcBN制造切削刀具进中国市场

世界上第一款采用纳米级PcBN材质制造的切削刀具伴随微硼科技有限公司上海代表处的成立而被介绍到中国。使铸铁、淬火钢、高温合金、高硬度材料及一些难加工材料的切削效率提升至更高的层次。     

立方氮化硼在现代加工技术中的地位和作用

文章以PcBN刀具和高速陶瓷cBN砂轮为对象,阐述了其在加工工业中的高速高效、精密、超精密、节能节材、绿色环保、自动化等的技术优势,以及对实现制造业的现代化、绿色化及难加工材料加工等可持续发展中的现实意义、地位和作用。     

Al-TiN粘结剂比例关系对PcBN烧结及性能的影响

Al-TiN体系粘结剂被广泛使用在PcBN的合成过程中,通过大量研究实验证明发现不同配比的Al-TiN粘结剂体系对PcBN的外观、内部缺陷的形成以及切削性能等重要方面将会产生突出的影响。通过SEM、超声波扫描显微镜(C扫描)等现代化检测手段验证及分析了产生这些影响的原因。     

cBN-Ti-B-Al-SiC系在高温高压下的烧结

文章通过采用细cBN颗粒,以Ti-B-Al-SiC系粘接剂在高温高压下烧结PcBN复合片,通过扫描电子显微镜、XRD以及微观显微硬度分析,并与cBN-TiN-Al系烧结的PcBN复合片相对比。分析发现：Ti-B-Al-SiC系粘接剂合成的PcBN复合片cBN-cBN键合多,显微硬度高于用TiN-Al系粘接剂合成的PcBN复合片,而且通过XRD分析发现产生了新相：TiN、TiB2、AlB2、BCo、Ti5Si3,并且没有发现原材料SiC的存在,这可能是由于在高温高压下SiC被分解。采用细cBN颗粒,以Ti-B-Al-SiC系粘接剂合成的PcBN复合片显微硬度高,但相对比较脆,主要是由于生成过多高硬度的TiB2,同时添加单质硼能够与Ti和Al反应,抑制了cBN的分解。     

粘结相对PCD和PcBN性能的影响

对于影响聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PcBN)性能的研究,多数集中在金刚石和cBN晶粒特征(形貌、尺寸、分布等)和烧结后各界面结合状态等方面,而对于粘结相对其的影响论述较少。文章详细分析讨论了粘结相特性(包括种类、含量、开始粉末粒度、最终晶粒尺寸及分布均匀性等)对PCD和PcBN性能的影响。也讨论分析了高压高温工艺(HPHT)对粘结相在烧结过程中演变的影响。     

硬质合金高压熔渗制备聚晶立方氮化硼复合片

在高温高压条件下（HPHT,5.2GPa,1450℃）,通过硬质合金基体的高压原位熔渗法,制备了质地均匀的Φ15×5mm的聚晶立方氮化硼（PcBN）复合片。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）等考察了PcBN复合片的组织形貌及物相成分,并对其界面复合机理进行了探讨。实验结果表明,硬质合金（WC-Co）基体中WC及Co通过熔渗扩散到立方氮化硼（cBN）层,通过WC、MoCoB、Co3W3C等粘结相,实现了PcBN复合片的界面复合,PcBN层形成致密的＂混凝土＂结构。     

烧结助剂（Dy2O3）对PcBN抗弯强度的影响

文章研究了不同含量不同温度下Dy2O3对PcBN抗弯强度的影响。结果表明Dy2O3可作为烧结助剂促进粘接剂的液相渗透，粘接剂的均匀化和更多的cBN键合使得PcBN的抗弯强度有了大幅度提高。     

低含量PcBN复合片在高温高压下的合成

通过不同铝含量（10vol%,15vol%,20vol%,25vol%30vol%）在Al-TiN-cBN体系下高温高压合成低含量PcBN复合片并研究其性能。通过XRD发现生成了TiB2、AlN、Al2O3三种物相,随着铝含量的增多,新生相AlN、Al2O3的含量逐渐增多。通过硬度检测和弯曲试验发现：由于AlN和Al2O3相的增多,相对降低了cBN的含量,显微硬度值也随着铝含量的增多而逐渐降低;而由于铝的催化效果,随着铝含量的增多（10vol%~20vol%）,强的cBN-cBN键就逐渐增多,增强了其韧性,再增加铝的含量（25vol%~30vol%））韧性反而降低。切削试验发现,铝含量为20vol%时候,切削效果最佳。这是PcBN复合片显微硬度和抗弯强度的一种综合体现。     

PcBN刀具硬态干切削条件对切屑形貌的影响

通过对PcBN刀具硬态干切削GCr15轴承钢的试验研究,观察分析研究了不同切削条件对切屑形貌的影响。结果表明,随着切削速度的增加,切屑锯齿化程度也越高,当切削速度大于200m/min时,切屑类似于挤裂状;随着进给量的增加,切屑的锯齿化程度越来越明显,且在进给量达到0.5mm/r时,切削产生严重变形;随着背吃刀量的增加,切屑的卷曲程度越大,但对锯齿化影响并不大,但当背吃刀量为0.05mm时,切削基本呈带状。     

压力对立方氮化硼复合片耐磨性和导电性的影响

文章分析了合成压力对立方氮化硼复合片耐磨性和导电性的影响。在固定其他因素,采用六个不同的压力合成立方氮化硼复合片,分别对其进行磨耗比检测和电阻检测。分析发现,随着合成压力的递升,磨耗比逐渐增大,当增加到5.6GPa后磨耗比再无明显变化;而电阻值随着压力的增加反而降低。合成压力的增加,有利于氮化硼颗粒的破碎重排分布,增加了氮化硼颗粒与粘接剂间的接触,进一步提高了其相对密度,表现为磨耗比的提高和导电性的增加。     

PcBN复合片抗弯强度的分析

通过对不同温度下烧结PcBN复合片的cBN层抗弯强度(TRS)进行检测,发现在该实验条件下TRS值随着温度的升高而递增,穿晶断裂也随着温度的升高而增多,并且PcBN层边缘比中心的穿晶断裂数量多,粗粒度的以穿晶断裂为主。这说明温度对cBN颗粒间结合强度起主要作用。     

影响PcBN可加工性的因素

聚晶立方氮化硼复合片作为优异的刀具材料,其可加工性的好坏直接影响着它的推广使用。影响P cBN复合片可加工性的主要因素是粘结剂的种类、粒度和加入量,CBN的粒度,复合片的制造方法,前处理工艺等。文章通过实验,研究了这些因素是如何影响P cBN复合片可加工性的,并对这种影响因素进行了分析。     

纳米B6O—B4C超硬复合材料的高温高压烧结与表征

B6O是近几年来在国际上引起广泛关注的一种新型超硬材料。它具有低密度、高导热性、耐磨性、高硬度和较好的化学稳定性。在高温高压（3～5GPa,1500～1900K）下通过“一步法”合成了高性能纳米结构B6O超硬复合材料,并分析了合成压力、合成温度、初始材料等条件,对合成样品的物理化学性能、微观结构、相组成的影响。合成样品中B6O微粒在几十到几百纳米之间,属纳米级别。试验在较低的压力下（～3GPa）合成烧结良好的圆柱形样品,用维氏硬度计测量其硬度在32GPa,跟立方氮化硼复合片（PcBN）硬度相当,并且具有较好的断裂韧性。最初的切削实验表明以烧结良好的B6O复合材料制成的工具样品可以高速、干式切削各种陶瓷、金属材料。