基于PcBN应用的立方氮化硼触媒法高压高温合成

摘要

聚晶立方氮化硼(PcBN)具有优异的高硬度、耐热和耐磨等多种物理性能,已经成为重要的刀具材料,应用领域广阔.立方氮化硼(cBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,利用cBN的超硬特性,可以制成聚晶立方氮化硼.以六方氮化硼(hBN)为原料,经静态触媒法超高压高温反应,可以得到PcBN特殊要求的cBN.研究了hBN预处理后的粒度和结晶度,合成cBN的二阶升压工艺中暂停时间及台阶压力,诱导剂的添加等工艺变化对cBN合成的影响.采用N2气氛热压烧结法对hBN进行预处理,明显改变了hBN的结晶度,但是其粒度变化不大.对于粒度相近的hBN,其结晶度的变化对cBN合成结果影响更显著.采用较低结晶度的hBN合成cBN时转化率较高,cBN晶体的粒度相对较小,正是合成PcBN的理想原料.合成cBN时,台阶压力高,cBN成核较多;台阶压力低,成核少;台阶压力低时,晶粒较大,晶形明显变好.随着暂停时间的延长,cBN的成核率降低,产量减少,粒度明显增大,晶形完整率提高.通过添加B、Si或Ce等晶形诱导剂,可以调整cBN晶体的颜色、晶形和杂质含量等.为了得到用于制备PcBN的高质量cBN,控制合成工艺条件为:台阶压力4.0 GPa,终态压力4.6 GPa,暂停时间15 s,合成温度1 390℃.