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。     

共价键化合物陶瓷结合剂对干切削PcBN刀具复合材料的影响

针对传统PcBN刀具材料由于结合剂的原因,存在整体热稳定性、抗磨损性偏低等问题,文章采用非化学计量比TiN_(0.3)、TiN_(0.3)+AlN及cBN表面镀钛等方法,研究了这些方法对结合剂与cBN界面结合的影响,讨论了界面形成的物相对PcBN性能的影响;文中采用SEM对样品的抛光表面和断口进行观察,利用EDS分析界面处的元素分布,利用XRD分析了样品的相组成;采用阿基米德排水法测量样品的密度,维氏硬度计测量样品的维氏硬度。利用高精密数控车床对PcBN刀具的切削性能进行了测试。结果证明:TiN_(0.3)与cBN复合后的界面通过中间相TiB_2相结合,AlN的加入促进了TiB_2的生成,并改善了TiN_(0.3)与cBN热膨胀系数的失配。cBN表面镀Ti后实现了界面成分的过渡,加入AlN后界面出现了Al元素的聚集。采用TiN_(0.3)作为结合剂主相,在结合相中添加其它强共价键类金属碳化物或氮化物,通过对原料成分与合成条件的控制,烧结后获得了无低熔点或低硬度相致密的PcBN烧结体。PcBN烧结体具有高硬度,高强度,优异的耐高温性和耐磨损性。通过以TiN_(0.3)作为结合剂主相与cBN的结合,成功制备了系列PcBN刀具材料,均被用来对淬火钢等硬质钢进行高速、高精度和高效切削,使以往主要采用磨削加工的难加工材料实现了切削加工。     

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。     

大直径PcBN复合片的合成及性能表征

采用纳米金属结合剂PcBN复合片制备技术,在六面顶压机上合成出直径为Φ55mm的PcBN复合片。经性能测试,磨耗比5425,维氏硬度5980HV,cBN层抗弯强度516.6MPa,经超声波微成像分析,样品无分层、裂纹、夹杂、cBN厚度不均等缺陷,制成刀具后,在切削轴承钢Gr15时,样品与国外同类产品性能相当。     

烧结时间对立方氮化硼刀具组织性能的影响

文章主要分析在不同的烧结时间(10～30 min)下立方氮化硼复合片(PcBN)刀具材料的微观结构、内部结合程度和组织性能。采用扫描电子显微镜分析其微观结构和生长的组织情况。利用超声波扫描仪观察不同烧结时间下样品的变形及质量缺陷等问题。同时测试了PcBN复合片样品的致密度、显微硬度以及抗磨损能力。从分析结果可以看出,在烧结过程中,烧结时间的不同,金属相的融渗程度不同,导致产品的组织和性能有所差异。在20～25 min时,金属结合剂的溶渗更加均匀,cBN颗粒烧结更加致密,烧结过程已全部完成,得到的密度、硬度以及抗磨损程度均实现较好的结果。随着时间增加至30 min,出现过烧及晶粒长大现象,致密度及性能受到很大影响。整个烧结过程随着烧结时间的增加,温度场更加均匀,变形程度越来越好,但内应力的增加导致脱层现象增多。     

cBN-TiN-Al合成PCBN复合片及其性能研究

将立方氮化硼微粉和TiN、Al微粉按一定的质量比进行混料,在高温和超高压条件下合成聚晶立方氮化硼(PCBN)复合片,对复合片进行了物相分析、硬度测试以及表面显微结构分析,同时分析了切削淬火钢时cBN含量对PCBN刀具磨损的影响,研究了PCBN刀具切削时的磨损机理。烧结后PCBN复合层中的物相由除了cBN、TiN添加相以外,还出现了新相AlN和TiB_2,说明添加粘接剂与cBN发生反应,并且Al已完全反应,说明复合层中的cBN颗粒通过反应生成新物相,并被粘接剂固结。当cBN含量为80 wt%时,复合片的维氏硬度达到了4512 HV。PCBN后刀面的磨损成一个规则倒三角形,刀具的失效主要是粘结磨损和氧化磨损共同作用的结果。     

稀土氧化物对原位合成PcBN复合材料性能及显微结构的影响

将cBN、Al、Ti微粉添加不同稀土氧化物进行混料,采用高温(1400℃)、高压(5.5GPa)原位合成聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)研究了添加Y2O3、Gd2O3、Nd2O3对PcBN复合材料物相和显微结构的影响,测试并分析了不同稀土氧化物对该体系中各试样相对密度和力学性能的影响。结果表明:添加稀土氧化物可以提高样品的致密度和显微硬度,其中添加Gd2O3比添加Y2O3和Nd2O3更有利于促进TiB2棒晶的形成,获得综合力学性能最佳的PcBN,其显微硬度为33.21GPa、抗弯强度为885.42MPa。     

纯PcBN陶瓷材料烧结工艺对内部孔隙的影响

纯PcBN是新型金属切削刀具材料。通过煮沸称重法得到了高温高压烧结的纯PcBN陶瓷的显孔隙率,使用imageJ2x软件计算纯PcBN陶瓷的分型维数。结果表明,在1700℃、5.8 GPa下,使用15～25μm粒度的cBN粉末烧结得到的纯PcBN孔隙最少;温度降低、压力降低以及降低原料粒度均会导致纯PcBN孔隙增加。在未发生cBN相变的情况下,材料孔隙率的直接因素为原料粒度、塑性变形量和微粉破裂量。     

硬质合金基底镀钛对PcBN复合片界面过渡层及性能的影响

采用阴极磁控溅射镀膜工艺在YG8硬质合金基底表面镀上了一层致密的钛膜,和cBN、Ti、Al微粉在超高温高压条件下烧结合成一体的PcBN复合片。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线色散能谱(EDS)研究了研究界面处的镀Ti层的扩散规律、作用机理,以及过渡层中Ti分布形式和存在物相形式对PcBN复合片性能的影响。结果表明:镀层Ti在界面与上下层发生化学反应和冶金结合,主要生成物相为TiC颗粒及TiAl、TiCo、CoAl合金,使界面结合更为紧密,同时还增强了复合片的整体力学性能。     

细粒度纯相PcBN烧结性能研究

研究立足于国产六面顶压机,在8.0 GPa的压力、1 800℃～2 350℃温度、300 s时间条件下采用2μm的纯立方氮化硼(cBN)微粉进行分米级尺寸纯相聚晶立方氮化硼(PcBN)材料的制备。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计对纯相PcBN微观组织及物相进行定性分析,研究纯相PcBN和传统PcBN在不同加工条件下切削淬火钢的表面粗糙度和刀具磨损性能特征,并对其结果进行了比较。结果表明:在8.0 GPa压力条件下随着温度的升高,纯相PcBN形成了更为致密组织结构,其自身硬度也随之升高,当温度超过2 300℃时硬度出现一定程度的降低,原因可能是部分晶粒长大后颗粒形成了空隙,空隙减弱了颗粒间的键合。测试中发现在8 GPa,温度低于2 000℃时cBN向w-BN(纤锌矿结构氮化硼)发生转化现象。与传统cBN工具相比,纯相PcBN具有更为优异的耐磨性。切割一段时间后,采用纯相PcBN材料工具加工的物性表面粗糙度R_a仍然低于30 nm。可见该材料在金属加工领域具有广阔应用前景。     

粉煤灰陶瓷墙地砖的制备工艺及性能研究

以固体废弃物粉煤灰与K2CO3为主要原料,通过预烧处理得到活化的粉煤灰原料,分别在850 ℃、875 ℃、900℃、925℃、950℃度进行常压烧结,制备得到粉煤灰陶瓷墙地砖材料.利用XRD、SEM分别对其物相组成与微观结构进行测试,结合烧成样品的吸水率、体积密度、显微硬度随温度的变化规律,分析了烧结工艺对粉煤灰陶瓷墙地砖性能的影响.研究结果表明:随着烧结温度的升高,样品中液相含量明显增加,在液相流动的作用下,坯体内部的气孔逐渐被填充,固相颗粒被粘结在一起形成连续的整体,从而形成致密的瓷体结构,当烧结温度为925 ℃时,样品的吸水率达到最小值:0.07%,维氏硬度达到最大值:5.9 GPa.而保温时间的增加,液相流动与物质迁移更充分,导致KAlSiO4晶粒尺寸增加,轮廓清晰,但并未对物相及其力学性能产生明显影响.     

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.     

关于多晶复合材料的讨论

简述了超硬材料中复合材料烧结体的概念,对PCD、PDC、cBN和PcBN中的一些常识性问题进行了讨论.     

高温合金加工用PcBN复合片的研制

为研究PcBN刀具在高温合金加工中的应用,通过优化黏结剂成分与cBN微粉的配比,利用国产一米压机,在高温高压的条件下烧结出了大直径的PcBN复合片。超声波扫描检测分析,烧结产品基本无分层、裂纹等缺陷。在同等的加工条件下,从车削高温合金的对比检测数据中,分析得出样品的PcBN刀具寿命已经达到国外竞品的水平。     

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。     

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.     

SiC复相耐火材料的显微结构特征

采用反光显微镜和SEM分别对石英结合SiC、莫来石结合SiC和Sialon结合SiC复相材料的基质相及分散相的晶粒与颗粒形貌、相界状态以及气孔形状与分布等显微结构进行了观察与分析。结果表明 :连续基质结合相与SiC颗粒相界面结合较为致密 ;SiC大颗粒中存在的尺寸大至数百微米的开口或闭口气孔 ,是重要的穿晶断裂源 ;较大尺寸的气孔主要位于片状及尖角状的粗颗粒SiC的密堆交叉处及结合相与弥散颗粒相之间的小角度相界结合处 ;基体相中存在的气孔尺寸远小于粗、中SiC颗粒尺度 ,有利于提高材料的抗热震性能。首次用显微硬度仪对SiC复相耐火材料中不同物相的显微硬度进行了测试 ,发现SiC复相材料中不同物相区域的显微硬度值均低于相应物相的单相材料显微硬度值。指出了SiC复相材料生产中应注意的工艺控制关键问题     

MnS热压缩陶瓷的制备及其高温应力应变曲线的测定

以Mn S粉体为原料,通过热压烧结方法制备Mn S陶瓷。研究了烧结温度和时间对样品相对密度、显气孔率、室温显微硬度、物相组成、微观结构以及样品变形的影响。结果表明,在不同烧结温度和保温时间条件下,Mn S陶瓷的物相均未发生改变,仍为纯相α-Mn S;但提高烧结温度或延长保温时间,Mn S烧结样品的相对密度增加、显气孔率减小、颗粒间结合越发紧密,显微硬度只有小幅改变,Mn S圆柱体陶瓷最佳烧结温度为1 255℃,保温时间为30 min。Mn S高温流变应力随应变的增加而增大,受应变速率、变形温度影响较大。     

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、结合剂相和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.     

陶瓷结合PcBN(聚晶立方氮化硼)超硬材料的研究与发展

陶瓷结合PcBN超硬材料因其硬度高、耐磨性好、热稳定性高、化学惰性高等特点,广泛用于黑色金属加工领域。文章主要论述了当前常用金属粘结剂、陶瓷粘结剂、金属陶瓷粘结剂对陶瓷结合PcBN烧结及性能的影响,并简要分析了各类粘结剂的优缺点,并对其未来发展进行展望。