PcBN中cBN与结合剂的相互作用研究

摘要

立方氮化硼聚晶（PcBN）是以cBN微粉为主要原料，在结合剂和高温高压下聚结而成。PcBN的性能不仅取决于cBN微粉的质量，在很大程度上与结合剂有非常密切的关系。因此研究cBN与结合剂组份的相互作用机制，对于正确选用结合剂组份以及确定合理的烧结工艺具有重要的指导作用。
　　本文采用高温高压烧结工艺对cBN微粉与常用结合剂组份 Al、Ti、Si和TiC、TiN、TiC0.7N0.3构成的二元或多元混合体系进行烧结实验，同时也考察了cBN镀钛、结合剂中引入不同稀土氧化物对PcBN烧结的作用。采用X射线衍射（XRD）、X射线能谱（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、选区电子衍射（SAED）以及扫描电子显微镜（SEM）等分析手段对样品进行了物相、显微结构和成分分析。
　　实验结果表明：在5.5 GPa，Al与cBN在1400℃开始有明显的反应发生，生成AlN和AlB2新物相。通过TEM、HRTEM及EDS分析可知，Al与cBN表面反应生成AlN，多余的B扩散进入富Al区，反应生成AlB2。在Al与cBN的界面形成了AlN和AlB2组成的界面层，界面层的厚度约为5～7 nm；Ti与cBN在1300℃时就开始有明显反应，生成TiN、TiN0.3和TiB2。产物 TixBy中的Ti/B比值随着烧结温度的升高而增大，出现了从TiB2→Ti3B4→TiB的演变过程；Si与cBN在所考察的温度范围基本不与cBN反应。镀钛cBN与Al、Ti、Si的高温高压烧结实验结果说明，Ti镀层的存在对cBN的结构稳定有利，对cBN具有保护作用，使得cBN与结合剂组份的反应温度提高。cBN与TiC、TiN、TiC0.7N0.3在高温高压下烧结均没有新的物相生成，彼此之间只是单纯的烧结行为。
　　含稀土氧化物结合剂与cBN的高压烧结实验结果表明，不同种类的稀土氧化物对cBN的结构稳定性具有不同的影响。当CeO2、Sm2O3以及La2O3的引入量达到某一含量时（分别为3.5vol％、3.5vol%以及5.5vol%），在高温下可诱导cBN向hBN转化。

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第1章 绪 论

1.1 国内外立方氮化硼的发展概况

1.1.1 国外PcBN的发展概况

1.1.2 我国PcBN的发展概况

1.2 cBN及PcBN的特点及应用

1.2.1 cBN及PcBN的特点

1.2.2 PcBN的应用

1.3 PcBN的制备

1.3.1 PcBN的结构类型

1.3.2 PcBN结合剂材料的选择原则

1.3.3 结合剂组份与立方氮化硼的相互作用

1.3.4 PcBN中cBN的含量及粒度的选择

1.3.5 PcBN的烧结工艺

1.4 本课题的意义及研究内容

第2章 实验方法及过程

2.1 实验材料及设备

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验设备

2.2 实验方法及过程

2.2.1高温高压法制备PcBN试样

2.2.2 PcBN试样的微观结构分析

2.2.3 PcBN试样的性能测试

2.3 本章小结

第3章 结合剂与cBN的相互作用

3.1 cBN与单元素的相互作用

3.1.1 X射线衍射（XRD）分析

3.1.2 透射电镜（TEM）分析

3.2 镀钛cBN与单元素的相互作用

3.3 cBN与化合物的相互作用

3.4 本章小结

第4章 含稀土氧化物的PcBN研究

4.1 含稀土氧化物PcBN的XRD分析

4.2 稀土对PcBN性能的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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