專利名稱：一種立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的制備方法及其產品的制作方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及超硬材料的制備工藝，尤其是一種高含量的立方氮化硼-碳化硅陶瓷復相陶瓷材料的制備方法。
背景技術：
立方氮化硼的結合劑可以選用樹脂、金屬或陶瓷。采用陶瓷結合劑的立方氮化硼超硬材料具有陶瓷結合劑和立方氮化硼的共同特點，與樹脂或金屬結合立方氮化硼磨具材料相比，陶瓷結合劑立方氮化硼超硬材料作為磨具材料，它的磨削能力強，磨削溫度低，磨具耐用度高，磨削時磨具的形狀保持性好，加工出來的零件尺寸精度高，磨具整體自銳性好，修整間隔的時間長，修整時也比較容易，磨削時不易堵塞、不易燒傷工件，并且可以用各種冷卻液冷卻。為了降低立方氮化硼-陶瓷超硬材料的燒結溫度，通常在陶瓷結合劑中加入各種堿性氧化物(如Na20，K20, Li20等)作為助熔劑，這些助熔劑在高溫下會與立方氮化硼發生反應，對立方氮化硼造成一定的侵蝕，從而導致結晶完好棱角分明的立方氮化硼單晶侵蝕變細，失去有效的切削能力，而且分解產生的氣體在立方氮化硼與陶瓷結合劑界面處富集，生成氣泡，從而使兩者界面間的結合強度大大降低，減少了結合劑對立方氮化硼的把持力。與其他結合劑相比，陶瓷結合劑對所選用的立方氮化硼單晶要求更高，所選用的立方氮化硼必須具有晶形完整、無缺陷、耐熱性好、強度高的特點。這種技術方法提高了立方氮化硼-陶瓷超硬材料的制備成本，限制了其使范圍。本發明克服了上述缺陷。
發明內容
本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種包含高濃度立方氮化硼、致密度可控、結合良好的立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的制備工藝。本發明的技術方案是通過下述工藝步驟而得以實現的
Cl)將質量百分比為6(Γ80%的立方氮化硼顆粒、1(Γ15%的酚醛樹脂、1(Γ15%的碳粉、(Γ10%的硅粉組成的混合粉體100份，與工業酒精100份，在高能球磨機上濕混球磨12 24小時，球磨后的粉末經80°C烘干后，過200目篩，取篩下物作為混合粉料，將該混合粉料在300°C和20 45MPa壓力下成形得到生坯；
(2)將生坯在80(T90(TC下保溫處理Ih后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
(3)將立方氮化硼陶瓷毛坯放置于石墨坩堝中，在毛坯上放置毛坯重量的O.Γ0. 3倍的粉體或塊體的硅，在I X 10_2 I X KT3Pa的真空環境下，在148(Tl55(TC下保溫I 2小時，得到燒結坯；
(4)將步驟三所得到的燒結坯隨爐冷卻后即制成立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料。相對于現有技術，本發明具有以下優點1.本發明所提出的制備立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的工藝方法，避免了常規工藝所必須的在高溫高壓條件下進行燒結的問題，大大降低了制備的難度和工藝成本，并能制備形狀復雜且體積較大的制品；
2.本發明提出的制備工藝所得的立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料具有高致密度，從而提聞了材料的使用壽命；
3.本發明制備的立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料允許的成分變化范圍大，從而能方便地調節所得復合材料的力學性能，以滿足不同應用領域的要求。
具體實施例方式以下結合兩個具體實施例，示例性說明及幫助進一步理解本發明。但實施例具體細節僅是為了說明本發明，并不代表本發明構思下的全部技術方案，因此不應理解為對本發明的技術方案的限定。一些不偏離本發明構思的非實質性改動，例如以具有相同或相似技術效果的技術特征簡單改變或替換，均屬本發明權利保護范圍。實施例I
一種立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟
步驟一，將成分配比為80g的立方氮化硼顆粒、IOg的酚醛樹脂粉末、IOg的碳粉組成的混合粉體，與酒精100g，在高能球磨機上濕混球磨12 h，球磨后的粉末經80°C烘干后，過200目篩，取篩下物作為混合粉料，取混合粉料50g放入模具中，在300°C和35MPa壓力下成形得到生坯；
步驟二，生坯在900°C下保溫熱處理I h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
步驟三，將毛坯放置于石墨坩堝中，在毛坯上放置2(T21 g的塊狀金屬硅，在6. 8X10_3Pa的真空環境下，在1500°C下保溫2 h，得到燒結坯；
步驟四，燒結坯隨爐冷卻后，去除燒結坯表面的多余的硅，得到致密的立方氮化硼-碳化硅復合材料。實施例2
一種立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料，制備工藝包括以下步驟
步驟一，將成分配比為120g的立方氮化硼顆粒、25g的酚醛樹脂粉末、30g的碳粉、5g的硅粉組成的混合粉體，與酒精200g，在高能球磨機上濕混球磨24 h，球磨后的粉末經80°C烘干后，過200目篩，取篩下物作為混合粉料，取混合粉料50g放入模具中，在300°C和25Mpa壓力下成形得到生坯；
步驟二，生坯在850°C下保溫熱處理I h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯；
步驟三，將毛坯放置于石墨坩堝中，在毛坯上放置18 19g的顆粒狀金屬硅，在IX KT3Pa的真空環境下，在1480°C下保溫2 h，得到燒結坯；
步驟四，燒結坯隨爐冷卻后，去除燒結坯表面的多余的硅，得到致密的立方氮化硼-碳化硅復合材料。
權利要求
1.一種立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的制備方法，其特征是制備方法包括如下步驟 步驟一，將質量百分比為6(Γ80%的立方氮化硼顆粒、1(Γ15%的酚醛樹脂、1(Γ15%的碳粉、(TlO%的硅粉組成的混合粉體100份，與工業酒精100份，在高能球磨機上濕混球磨12^24小時，球磨后的粉末經80°C烘干后，過200目篩，取篩下物作為混合粉料，將該混合粉料在300°C和2(T45MPa壓力下成形得到生坯； 步驟二，將生坯在80(T90(TC下保溫處理I h后，得到立方氮化硼陶瓷毛坯； 步驟三，將立方氮化硼陶瓷毛坯放置于石墨坩堝中，在毛坯上放置毛坯重量的O. Γ0. 3倍的粉體或塊體的硅，在I X Kr2 I X KT3Pa的真空環境下，在148(Tl55(TC下保溫I 2小時，得到燒結坯； 步驟四，將步驟三所得到的燒結坯隨爐冷卻后即制成立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料。
2.根據權利要求I所述的立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的制備方法，其特征在于復相陶瓷材料的燒結致密可通過熔融硅的熔滲并形成包裹立方氮化硼的碳化硅而實現。
3.按照權利要求I所述方法所制備得到的立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料。
全文摘要
本發明涉及一種立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料的制備方法，其特征是按重量百分比將60~80%的立方氮化硼顆粒、10~15%的粘結劑，10~15%的碳粉，0~10%的硅粉濕混12~24h，得到混合粉體；混合粉體在300℃和20~45MPa壓力下成形得到生坯；生坯經熱處理后，得到立方氮化硼復相陶瓷毛坯；將毛坯放置于石墨坩堝中，在毛坯上放置適當數量的粉體或塊體的硅，在優于10-2Pa的真空環境下，在1480~1550℃下保溫1h，得到燒結坯；燒結坯隨爐冷卻后得到致密的立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷材料。該工藝是一種獲得高致密度、高含量立方氮化硼-碳化硅復相陶瓷的低成本高效率制備方法，制備的復相陶瓷可以但不限于作為超硬材料應用于多種耐磨工程領域。
文檔編號C04B35/5831GK102924087SQ201210488170
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者林文松 申請人:上海工程技術大學