一种超硬复合磨料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种超硬复合磨料及其制备方法，该超硬复合磨料由以下重量百分比的组分组成：立方氮化硼和/或金刚石10%～90%，添加剂10%～90%；其中，添加剂为氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合。本发明的超硬复合磨料，将立方氮化硼和/或金刚石与氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合进行复配，所得复合磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，使用寿命长；同时，使用该磨料加工过程中扬尘少，避免了对环境空气的污染；适用于金属切割、打磨等加工过程。

权利要求

1.一种超硬复合磨料，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：立方氮化硼和/或金刚石10%～90%，添加剂10%～90%；其中，添加剂由如下组分组成：氧化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石中的任意一种或其组合，氮化物，掺杂金属；

所述氧化物为刚玉、氧化锆、氧化铈中的任意一种或其组合；

所述氮化物为氮化硅、氮化铝、氮化钛中的任意一种或其组合；

所述碳化物为碳化硅、碳化钛、碳化钨中的任意一种或其组合；

所述碳氮化物为碳氮化钛；

所述氮铝化物为氮铝化钛；

所述掺杂金属为钴、钨、镍、铜、铝、钛、稀土金属中的一种或两种。

2.根据权利要求1 所述的超硬复合磨料，其特征在于：所述立方氮化硼为粒度为

0.0001～1mm 的粉体；所述金刚石为粒度为0.0001～1mm 的粉体；所述添加剂为粒度为

0.0001～1mm 的粉体。

3.一种如权利要求1 所述的超硬复合磨料的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1）取立方氮化硼和/或金刚石、添加剂混合，制成复合粉体；

2）将步骤1）所得复合粉体在3 万～5 万个大气压、1200～1900℃条件下合成，即得所述超硬复合磨料。

4.根据权利要求3所述的超硬复合磨料的制备方法，其特征在于：所述超硬复合磨料的粒度为0.001～3mm，单颗粒静压强度为1～100kg。

说明书

一种超硬复合磨料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于超硬复合材料技术领域，具体涉及一种超硬复合磨料，同时还涉及一种超硬复合磨料的制备方法。

背景技术

[0002] 磨料是一种具有高硬度和一定机械强度的颗粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和抛光。磨料在工业上应用非常广泛，特别是加工高精度或低粗糙度的零件或较硬的零件时，磨料和磨具是必不可少的。一般来说，磨料具有以下基本特性：1）较高的硬度，磨料的硬度必须高于被加工对象的硬度；2）适度的抗破碎性及自锐性；3）良好的热稳定性和化学稳定性。

[0003] 目前，金属的切割、打磨都是使用普通的磨料，如刚玉、碳化硅等制成的切割、打磨工具进行切断、抛光。传统的普通磨料制成的切割、打磨工具，存在使用寿命极短、加工效率低的问题，在金属加工过程中，经常需要停机对切割、打磨工具进行更换，生产效率较低；加工过程中粉尘污染严重，不利于工人的健康；同时，对制造工具的原料矿产资源也是一种极大的浪费。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种超硬复合磨料，解决现有金属切割、打磨用磨料使用寿命短、加工效率低的问题。

[0005] 本发明的第二个目的是提供一种超硬复合磨料的制备方法。

[0006] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：立方氮化硼和/或金刚石10%～90%，添加剂10%～90%；其中，添加剂为氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合。

[0007] 所述氧化物为刚玉、氧化锆、氧化铈中的任意一种或其组合。

[0008] 所述氮化物为氮化硅、氮化铝、氮化钛中的任意一种或其组合。

[0009] 所述碳化物为碳化硅、碳化钛、碳化钨中的任意一种或其组合。

[0010] 所述碳氮化物为碳氮化钛。

[0011] 所述氮铝化物为氮铝化钛。

[0012] 所述掺杂金属为钴、钨、镍、铜、铝、钛、稀土金属中的任意一种或其组合。所述稀土金属为钇、钕、镧中的任意一种或组合。

[0013] 所述立方氮化硼为粒度为0.0001～1mm的粉体；所述金刚石为粒度为0.0001～1mm的粉体；所述添加剂为粒度为0.0001～1mm的粉体。

[0014] 一种上述的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0015] 1）取立方氮化硼和/或金刚石、添加剂混合，制成复合粉体；

[0016] 2）将步骤1）所得复合粉体在3万～5万个大气压、1200～1900℃条件下合成，即得所述超硬复合磨料。

[0017] 所述合成为高温高压烧结工艺。所述烧结的时间为10～20min。

[0018] 所述超硬复合磨料的粒度为0.001～3mm，单颗粒静压强度为1～100kg。

[0019] 本发明的超硬复合磨料，合成的形状为规则形状如三角形、菱形、方形、等积形等，也可为可用的不规则形状。

[0020] 本发明的超硬复合磨料，将立方氮化硼和/或金刚石与氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮铝化物、石榴石、掺杂金属中的任意一种或其组合进行复配，所得复合磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，使用寿命长；相比于普通的刚玉磨料、碳化硅磨料，其在硬度和韧性，磨削能耐磨性、热稳定性及化学稳定性方面都极具竞争力；同时，使用该磨料加工过程中扬尘少，避免了对环境空气的污染；适用于金属切割、打磨等加工过程。

[0021] 本发明的超硬复合磨料的制备方法，将复合粉体在高温高压条件下合成复合磨料，实现了超硬复合磨料的制备，所得复合磨料具有较高的硬度和韧性，磨削能力强、效率高；具有良好的耐磨性、热稳定性及化学稳定性，使用寿命长；本发明的制备方法，工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

[0022] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

[0023] 实施例1

[0024] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼30%，粒度为10～30μm的刚玉50%，粒度为10～30μm的氮化铝10%，粒度为1～2μm的铝粉10%。

[0025] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0026] 1）取立方氮化硼、刚玉、氮化铝、铝粉混合，制成复合粉体；

[0027] 2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。

[0028] 所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为2～4kg。

[0029] 实施例2

[0030] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为1～5μm的立方氮化硼55%，粒度为10～20μm的刚玉25%，粒度为10～20μm的氮化钛10%，粒度为1～2μm的钴粉10%。

[0031] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0032] 1）取立方氮化硼、刚玉、氮化钛、钴粉混合，制成复合粉体；

[0033] 2）将步骤1）所得复合粉体在5.5万个大气压、1550℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。

[0034] 所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为4～7kg。

[0035] 实施例3

[0036] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为1～5μm的金刚石30%，粒度为10～20μm的刚玉25%，粒度为10～20μm的氮化钛40%，粒度为1～2μm的铝粉5%。

[0037] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0038] 1）取金刚石、刚玉、氮化钛、铝粉混合，制成复合粉体；

[0039] 2）将步骤1）所得复合粉体在5.5万个大气压、1550℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。

[0040] 所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为3～6kg。

[0041] 实施例4

[0042] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～10μm的立方氮化硼30%，粒度为0.5～10μm的金刚石10%，粒度为10～300μm的氮化钛35%，粒度为20～30μm的氮铝化钛20%，粒度为1～2μm的铜粉5%。

[0043] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0044] 1）取立方氮化硼、金刚石、氮化钛、氮铝化钛、铜粉混合，制成复合粉体；

[0045] 2）将步骤1）所得复合粉体在6万个大气压、1650℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。

[0046] 所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为3～8kg。

[0047] 实施例5

[0048] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～10μm的立方氮化硼30%，粒度为0.5～10μm的金刚石10%，粒度为10～300μm的氮化钛35%，粒度为20～30μm的氮铝化钛20%，粒度为1～2μm的铜粉3%，粒度为1～2μm的钨粉2%。

[0049] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0050] 1）取立方氮化硼、金刚石、氮化钛、氮铝化钛、铜粉、钨粉混合，制成复合粉体；

[0051] 2）将步骤1）所得复合粉体在6万个大气压、1650℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。

[0052] 所得超硬复合磨料的粒度为0.7～0.9mm，单颗粒静压强度为10～13kg。

[0053] 实施例6

[0054] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼90%，粒度为10～30μm的刚玉6%，粒度为10～30μm的氮化硅3%，粒度为1～2μm的钴粉1%。

[0055] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0056] 1）取立方氮化硼、刚玉、氮化硅、钴粉混合，制成复合粉体；

[0057] 2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结10min，即得所述超硬复合磨料。

[0058] 所得超硬复合磨料的粒度为0.5～0.7mm，单颗粒静压强度为87～93kg。

[0059] 实施例7

[0060] 本实施例的超硬复合磨料，由以下重量百分比的组分组成：粒度为0.5～1μm的立方氮化硼90%，粒度为10～30μm的刚玉6%，粒度为10～30μm的氮化硅3%，粒度为1～2μm的钴粉1%。

[0061] 本实施例的超硬复合磨料的制备方法，包括下列步骤：

[0062] 1）取立方氮化硼、刚玉、氮化硅、钴粉混合，制成复合粉体；

[0063] 2）将步骤1）所得复合粉体在5万个大气压、1500℃条件下烧结15min，即得所述超硬复合磨料。