立方氮化硼烧结体
阅读：670发布：2020-05-13
专利汇可以提供立方氮化硼烧结体专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种抗缺口性能优良的cBN 烧结 体，它通过粘结相将cBN粒子加以粘结。粘结相具有二维连续分布结构，其包含的成分如 说明书 所述。cBN含量为45-70体积%。所述粘结相厚度的平均值小于或等于1.5μm，而且其标准偏差小于或等于0.9μm，同时所述cBN粒子的平均尺寸为2-6μm(起止两个尺寸包括在内)。所述粘结相厚度的平均值小于或等于1.0μm且其标准偏差小于或等于0.7μm时，所述cBN粒子的平均尺寸不小于0.01μm但小于2.0μm。，下面是立方氮化硼烧结体专利的具体信息内容。
1.一种包含cBN粒子和一种粘结所述cBN粒子的粘结相的cBN 烧结体，所述粘结相为二维连续分布；
所述粘结相至少包括下列物质之一种：
Ti、Zr、Cr、Hf、Ta或W的碳化物、氮化物、碳氮化物，或者 硼化物；
A1的氮化物、硼化物，或者氧化物；
至少一种Fe、Co、或Ni的碳化物、氮化物、碳氮化物、或硼化 物；以及
一种上述这些物质的相互固溶体；
所述粘结相的厚度平均值为小于或等于1.5μm，并且，其标准偏差 小于或等于0.9μm；
所述cBN的体积分数为45-70％：而且
所述cBN粒子的平均尺寸为2-6μm。
2.如权利要求1所述的cBN烧结体，其中，cBN含量的体积百 分数为50-65％。
3.一种包含cBN粒子和一种粘结所述cBN粒子的粘结相的cBN 烧结体，所述粘结相为二维连续分布，所述粘结相至少包含下列物质之一种：
Ti、Zr、Cr、Hf、Ta或W的碳化物、氮化物、碳氮化物，或者 硼化物；
A1的氮化物、硼化物，或者氧化物；
至少一种Fe、Co、或Ni的碳化物、氮化物、碳氮化物或硼化物； 以及
一种上述这些物质的相互固溶体；
所述粘结相的厚度平均值小于或等于1.0μm，并且，其标准偏差小 于或等于0.7μm；
所述cBN的体积分数为45-70％；并且，
所述cBN粒子的平均尺寸不小于0.01μm但小于2.0μm。
4.如权利要求3所述的cBN烧结体，其中，cBN含量的体积百 分数为50-65％。
技术领域
本发明涉及立方氮化硼(cBN)烧结体，尤其涉及用于切削刀具 的cBN烧结体，以改善刀具的耐磨性和抗崩裂性能。
背景技术
由于cBN是一种硬度仅次于金刚石的物质，因此，cBN基烧结体已 在切削刀具、耐磨部件、耐冲击部件等场合中得到应用，这种类型的烧结 体难于同时获得高硬度和高强度，特公昭62-25630，62-25631，以及特 开平5-186272已对旨在实现硬度和强度的良好匹配的技术进行了公开， 然而，所公开的技术对于实现硬度和强度的良好匹配并不充分，例如，包 含前述烧结体的单刃刀具在用于高速切削时，允许发生侧面磨损和月牙洼 磨损，以使刃口锐利，结果容易导致刃口崩裂(chipping)，甚至对于普通切 削速度而言，所述刀具在用于施加强烈冲击的场合如断续切削时，会由于 冲击的作用而发生刃口崩裂，此缺陷已造成刀具寿命的不稳定。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种cBN烧结体，该烧结体由于对耐月牙 洼磨损性能和机械强度进行了最佳选择而具有更优的抗崩裂性能。本发明 的另一个目的是提供一种cBN烧结体，该烧结体由于对抗冲击性能和机械 强度进行了最优选择而具有更优的抗崩裂性能。
本本明所提供的第一种烧结体是这样一种烧结体，其中，cBN粒子通 过一种粘结相来进行粘结，所述粘结相具有二维连续结构。所述粘结相至 少包含下列一种物质：(a).Ti、Zr、Cr、Hf、Ta或W的碳化物、 氮化物、碳氮化物或硼化物；(b).Al的氮化物、硼化物或氧化物； (c)至少一种Fe、Co，或Ni的碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物； 以及(d).一种上述这些物质的相互固溶体。所述粘结相厚度的平均值应 小于或等于1.5μm，而且其标准偏差小于或等于0.9μm.在上面的描述中， 粘结相厚度指的是烧结体中处于任意画的一条直线上的cBN粒子间的距 离。所述cBN含量的体积百分比为45-70％。所述cBN粒子的平均尺寸 为2-6μm(首尾两尺寸均包括在内)。所述平均粒子尺寸指的是累积粒子 体积百分数占50％的粒子的直径。
本发明所提供的第二种烧结体是这样一种烧结体，其中，cBN粒子通 过一种粘结相来进行粘结。所述粘结相具有二维连续结构，所述粘结相包 含至少一种下列物质：(a).Ti、Zr、Cr、Hf、Ta或W的碳化物、氮 化物、碳氮化物、或硼化物；(b).Al的氮化物、硼化物或氧化物；(c). 至少一种Fe、Co或Ni的碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物；以及(d)。 一种上述这些物质的相互固溶体。所述粘结相的平均厚度小于或等于 1.0μm，而且其标准偏差小于或等于0.7μm。在上面的描述中，所述粘结相 的厚度指的是烧结体中处在任意画的一条直线上的cBN粒子间的距离。cBN含量的体积百分数为45-70％。所述cBN粒子的平均尺寸应不小于0.01μm 但又小于2.0μm。所述平均尺寸指的是粒子的累积体积百分数占50％的粒 子的直径。
传统的cBN烧结体已经包含一种厚度变化很大的烧结相，从而产生 粘结相本身占有很大体积的局部区域。由于这些部位是烧结体中的机械性 能薄弱区(缺陷)，因此，裂纹易于在这些部位产生，导致刀具的抗崩裂 性能不足。
由于刃口处温度高，所以高速切削尤其会降低材料的强度。高速切削 也会产生月牙洼磨损，使刃口锐利，从而降低刃口的强度。这种情况下， 会在月牙洼磨损部位产生由于刃口受到冲击所引起的、与刃口平行的裂纹。 在断续冲击作用下，所述裂纹扩展，从而导致崩裂出现。
甚至在普通的切削速度下，当刀具用于有冲击作用的场合如断续切削 时，冲击会造成上述缺陷部位出现应力集中，这种应力集中会在这种机械 性能薄弱的缺陷部位引起断裂，从而导致刃口崩裂的产生。
考虑到上述这种失效机制，本发明通过使粘结相具有比传统的烧结体 粘结相更小的厚度变化，来消除上述缺陷部位，从而使本发明的烧结体具 有改善的抗崩裂性能。当粘结相的厚度平均值和标准偏差超过上述特定值 时，仅由所述粘结相占很大体积分数的部位就会增加，从而削弱了对抗崩 裂性能的有效改善。粘结相平均厚度的下限应为约0.02μm，以确保其作用 的发挥。
如果cBN粒子的直径过小，所述粒子就会丧失其耐热性，从而容易 导致磨损的发生；如果直径过大，所述cBN粒子本身就会在冲击作用下发 生劈裂，造成刃口出现崩裂，从而导致刃具丧失其抗崩裂性能。因此，本 发明的第一种烧结体应含有粒子尺寸为2-6μm的cBN粒子，以使其具有 优良的耐热性并适合用于高速切削。类似地，本发明的的第二种烧结体应 含有粒子尺寸不小于0.01μm但又小于2.0μm的cBN粒子，以使其具有优 良抗冲击性能。
本发明的烧结材料可以通过用一种粘结相材料涂覆cBN或者用特定 方法对原材料进行混合来获得。粘结相材料的涂覆由下列方法之一来实施：
(a)烧结前的化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法， 或者电镀法；或：
(b)利用机械混合时由挤压剪切力，摩擦力，以及冲击力所诱发的 机械化学反应。
最适当的特定的混合方法是超声混合法或分散剂辅助球磨(BM)法。
本发明的烧结材料的烧结过程采用例如等离子烧结设备、热压设备、 或超高压烧结设备进行。
本本明所提供的第一种烧结体是这样一种烧结体，其中，cBN粒子通 过一种粘结相来进行粘结，所述粘结相具有二维连续结构。所述粘结相至 少包含下列一种物质：(a).Ti、Zr、Cr、Hf、Ta或W的碳化物、 氮化物、碳氮化物或硼化物；(b).Al的氮化物、硼化物或氧化物； (c)至少一种Fe、Co，或Ni的碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物； 以及(d).一种上述这些物质的相互固溶体。所述粘结相厚度的平均值应 小于或等于1.5μm，而且其标准偏差小于或等于0.9μm.在上面的描述中， 粘结相厚度指的是烧结体中处于任意画的一条直线上的cBN粒子间的距 离。所述cBN含量的体积百分比为45-70％。所述cBN粒子的平均尺寸 为2-6μm(首尾两尺寸均包括在内)。所述平均粒子尺寸指的是累积粒子 体积百分数占50％的粒子的直径。
本发明所提供的第二种烧结体是这样一种烧结体，其中，cBN粒子通 过一种粘结相来进行粘结。所述粘结相具有二维连续结构，所述粘结相包 含至少一种下列物质：(a).Ti、Zr、Cr、Hf、Ta或W的碳化物、氮 化物、碳氮化物、或硼化物；(b).Al的氮化物、硼化物或氧化物；(c). 至少一种Fe、Co或Ni的碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物；以及(d)。 一种上述这些物质的相互固溶体。所述粘结相的平均厚度小于或等于 1.0μm，而且其标准偏差小于或等于0.7μm。在上面的描述中，所述粘结相 的厚度指的是烧结体中处在任意画的一条直线上的cBN粒子间的距离。cBN含量的体积百分数为45-70％。所述cBN粒子的平均尺寸应不小于0.01μm 但又小于2.0μm。所述平均尺寸指的是粒子的累积体积百分数占50％的粒 子的直径。
传统的cBN烧结体已经包含一种厚度变化很大的烧结相，从而产生 粘结相本身占有很大体积的局部区域。由于这些部位是烧结体中的机械性 能薄弱区(缺陷)，因此，裂纹易于在这些部位产生，导致刀具的抗崩裂 性能不足。
由于刃口处温度高，所以高速切削尤其会降低材料的强度。高速切削 也会产生月牙洼磨损，使刃口锐利，从而降低刃口的强度。这种情况下， 会在月牙洼磨损部位产生由于刃口受到冲击所引起的、与刃口平行的裂纹。 在断续冲击作用下，所述裂纹扩展，从而导致崩裂出现。
甚至在普通的切削速度下，当刀具用于有冲击作用的场合如断续切削 时，冲击会造成上述缺陷部位出现应力集中，这种应力集中会在这种机械 性能薄弱的缺陷部位引起断裂，从而导致刃口崩裂的产生。
考虑到上述这种失效机制，本发明通过使粘结相具有比传统的烧结体 粘结相更小的厚度变化，来消除上述缺陷部位，从而使本发明的烧结体具 有改善的抗崩裂性能。当粘结相的厚度平均值和标准偏差超过上述特定值 时，仅由所述粘结相占很大体积分数的部位就会增加，从而削弱了对抗崩 裂性能的有效改善。粘结相平均厚度的下限应为约0.02μm，以确保其作用 的发挥。
如果cBN粒子的直径过小，所述粒子就会丧失其耐热性，从而容易 导致磨损的发生；如果直径过大，所述cBN粒子本身就会在冲击作用下发 生劈裂，造成刃口出现崩裂，从而导致刃具丧失其抗崩裂性能。因此，本 发明的第一种烧结体应含有粒子尺寸为2-6μm的cBN粒子，以使其具有 优良的耐热性并适合用于高速切削。类似地，本发明的的第二种烧结体应 含有粒子尺寸不小于0.01μm但又小于2.0μm的cBN粒子，以使其具有优 良抗冲击性能。
本发明的烧结材料可以通过用一种粘结相材料涂覆cBN或者用特定 方法对原材料进行混合来获得。粘结相材料的涂覆由下列方法之一来实施：
(a)烧结前的化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法， 或者电镀法；或：
(b)利用机械混合时由挤压剪切力，摩擦力，以及冲击力所诱发的 机械化学反应。
最适当的特定的混合方法是超声混合法或分散剂辅助球磨(BM)法。
本发明的烧结材料的烧结过程采用例如等离子烧结设备、热压设备、 或超高压烧结设备进行。
具体实施方式
本发明的实施方案描述如下。
实施例1
对下述材料加以混合：76重量％的氮化钛，18重量％的Al，3重量 ％的Co，以及3重量％Ni，在真空中将所述混合物在1200℃热处理达30 分钟，以获得一种化合物，将该化合物粉碎以得到一种粘结材料粉末。X 射线衍射谱(XRD)表明，所述粘结材料粉末有TiN，Ti2AlN，TiAl3等的 峰出现。采用表1中所述方法，对所述粘结材料粉末和一种平均粒子大小 为3μm的cBN粉末进行混合，以使cBN的体积分数为60％，所述混合方 法的详细条件描述如下。2号样使用RF溅射法来将TiN涂覆在cBN粒子 上。所述涂层的平均厚度为50nm。对2号样进行混合时没有使用分散剂。
超声混合的实施过程为：将一种cBN粉末和一种粘结剂材料添加到 乙醇中，在20kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施过程为： 将一种cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm磨球一起放入一罐 中，以250rpm的转速在乙醇中湿混达800分钟，所使用的分散剂是2重 量％的聚乙烯醇。
对所述的混合粉末在分别高达5GPa和1300℃的超高压和高温下进行 烧结XRD表明，所有烧结体中存在cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3、 以及WC。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察 黑色的cBN粒子和白色的粘结相。通过在这些照片上画任意一条直线来测 定粘结相的厚度。在所述直线上测定20个或更多的位置处的粘结相厚度， 或者cBN粒子间的距离，以获得测量结果的平均值。所获得的平均值以及 标准偏差示于表1中。
将所述烧结体加工成切削刀具。所述刀具然后在下述的条件下进行切 削试验以测定其寿命，即出现崩裂前的时间。结果示于表1中。
切削试验条件
待切削材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm以及长度 300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽。
刀具形状：SNG432珩磨倒角(-25°，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：180m/分钟，d：0.3mm，f：0.15mm/转，
条件：干切削
表1 编 号 混合方法 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 1 超声混合法 1.3 0.85 50 2 BM(球磨)法，其中在与粘结 材料粉末混合前cBN粒子上 涂覆有TiN 1.2 0.8 55 3 使用分散剂的BM法 1.2 0.84 52 4 未使用分散剂的BM法 1.3 1.1 21 5 用磨碎机混合 1.2 1.0 25
结果清楚表明，当粒子平均尺寸为3μm的cBN粒子被厚度平均尺寸 不大于1.5μm以及其标准偏差不超过0.9μm的粘结相粘结时，刀具寿命延 长约2倍，该结果也证实，当对粘结材料粉末与cBN粉末进行混合，以便 获得含有前述厚度的粘结相的烧结体时，使用超声混合法或分散剂辅助球 磨法是令人满意的。而且将粘结相材料涂覆在cBN粒子上也是有效的。
实施例2
采用与实施例1相同的方法生产出一种粘结材料粉末。采用表2所述 方法将所述粘结材料与平均粒子尺寸为1μm的cBN粉末混合，以使cBN的体积分数达60％，所述混合方法的详细条件在下面做了描述。7号样使 用RF溅射法来将TiN涂覆在cBN粒子上，所述涂层的平均厚度为40nm， 7号样的混合没有使用分散剂。
超声混合的实施过程为，将cBN粉末和粘结材料粉末添加至丙酮中， 并在23.5kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末同直径为10mm的磨球一起置于一罐内，在乙醇中， 以235rpm的转速湿混340分钟，所使用的分散剂为1.5重量％的聚乙烯醇。
在高达5GPa和1300℃的超高压和高温下烧结所述混合粉末。XRD 分析中，所有的烧结体均显示有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以 及WC存在。
采用与实施例1相同的方法观察所述烧结体的结构，以测量粘结相的 厚度，所获得的厚度平均值和标准偏差列于表2中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下述条件下对所述刀具进行 切削实验，以测定其寿命，即刀具出现崩裂时的时间。所获结果列于表2 中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长 300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGM20408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：100m/min，d：0.2mm，f：0.13m/转，
条件：干切削
表2 编 号 混合法 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 6 超声混合方法 0.7 0.45 50 7 BM法，其中在与粘结材料粉 末混合前cBN粒子上涂覆有 TiN 0.8 0.50 55 8 使用分散剂的BM法 0.7 0.52 52 9 未使用分散剂的BM法 0.8 0.75 21 10 用磨碎机混合 0.7 0.79 25
结果清楚表明，当平均粒子尺寸为1μm的cBN粒子被厚度平均值不 大于1.0μm而且标示准偏差值不超过0.7μm的粒结相粘结时，刀具的寿命 延长约2倍，所述结果也证实，当将所述粘结粉末与cBN粉末加以混合， 以便获得含有上述厚度的粘结相的烧结体时，使用超声混合法或分散剂辅 助球磨法是令人满意的。
实施例3
对下面的材料进行混合：75重量％氮化钛，22重量％Al，2重量％Co， 以及1重量％Ni。在真空中对所述混合物于1240℃下进行热处理达32分 钟，以获得一种化合物。将所述化合物加以粉碎以获得一种粘结材料粉末。 X射线衍射谱中，所述粘结材料粉末出现了TiN，Ti2AlN、TiAl3等的峰。 采用超声混合法和一种无分散剂辅助的球磨(BM)法，将所述粘结材料与 平均粒子尺寸为4.8μm的cBN粉末加以混合，以使cBN的体积分数达65 ％。混合方法的具体条件描述如下。
超声混合法的实施过程为：将一种cBN粉末和一种粘结材料粉末添 加到丙酮中，并在25kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施 过程为：将一种cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm的磨球一起 置于一罐内，在乙醇中以200rpm的转速湿混600分钟。
在高达4.85GPa和1310℃的超高压和高温下烧结所述混合粉末。XRD 中，所有的烧结体均显示出有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及 WC存在。采用下面所述方法对所述烧结体的结构进行观察，对下述的每 一种观察方法，均采用与实施例1相同的方法来测量粘结相的厚度。
(1)在1500倍的金相显微镜下对结构进行拍摄，以便观察黑色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在照片的划任意一条线来测量所述粘结相的厚 度。
(2)在3000倍的扫描电子显微镜(SEM)下对所述结构进行拍摄， 以便观察cBN粒子和粘结相。通过在所述照片上划任意一条直线来测量所 述粘结相的厚度。
(3)在10000倍的透射电子显微镜(TEM)下对所述结构进行拍摄， 以便观察cBN粒子和粘结相，通过在所述照片上划任意一条直线来测量所 述粘结相的厚度。
(4)采用10000倍的俄歇电子谱仪(AES)对所述结构进行拍摄， 以观察cBN粒子和粘结相。通过在所述照片上画任意一条直线来测量所述 粘结相的厚度。
(5)在1500倍的金相显微镜下对所述结构进行拍摄，以观察黑色的 cBN粒子和白色的粘结相。对所述照片采用图象分析加以处理。对所述图 像进行双水平量化，以使与cBN粒子相对应的黑色部位的面积百分数与cBN的体积百分数相等。然后，确定与粘结相相对应的部位，以便测量粘结相 的厚度。
(6)在1000倍的金相显微镜下对所述结构进行拍摄，以观察黑色的 cBN粒子和白色的粘结相。采用图像分所析对所述照片进行处理，以测量 所画任意一条线上的亮度。测量结果表明，亮度具有周期性。首先，依据 亮度的程度，将所述直线各段分成两组：一组比给定的亮度还暗(与cBN粒子相对应)；另一组更亮些(与粘结相相对应)。其次，对确定亮度程 度的方式进行控制，以使较暗部分的百分数与cBN的体积百分数相等。最 后，将较亮部分的长度作为粘结相的厚度。
所获得的粘结相厚度平均值和标准偏差列于表3中。
表3 编号 测量方法 混合方法 超声混合 球磨混合 粘结相厚度 粘结相厚度 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 11 (1) 1.2 0.7 1.2 1.3 12 (2) 1.2 0.7 1.2 1.3 13 (3) 1.2 0.7 1.2 1.3 14 (4) 1.2 0.7 1.2 1.3 15 (5) 1.2 0.7 1.2 1.3 16 (6) 1.2 0.7 1.2 1.3
将所述烧结体加工成切削刀具，然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量刀具的寿命，即直至崩裂出现时的时间。采用超 声波法混合的烧结体寿命约20分钟，采用球磨法混合的烧结体寿命约5分 钟，该结果证实，混合粘结材料粉末时，超声混合法优于未使用分散剂的 球磨法。
切削试验条件：
待切削材料：SCM420，HRC59-61，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在8个V型沟槽，
刀具形状：SNGN20408珩磨倒角(-25°，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：150m/min，d：0.25mm，f：0.11mm/转， 条件：干切削
实施例4
对下述材料进行混合：73重量％氮化钛，19重量％Al，4重量％Co， 和4重量％Ni。在真空中，于1240℃对所述混合物热处理32分钟，以获 得一种化合物。将所述化合物粉碎，从而获得一种粘结材料粉末。XRD中， 所述粘结材料粉末有TiN、Ti2AlN、TiAl3等的峰出现。采用超声混合法和 采用没有分散剂辅助的球磨(BM)法，将所述粘结材料粉末和平均粒子尺 寸为0.5μm的cBN粉末加以混合，以使cBN的体积分数达65％，混合方 法的详细条件描述如下。
超声法混合的实施过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末添加到乙醇中， 并在22.3kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末同直径10mm的磨球一起置于一罐内，在丙酮中，以 215rpm的转速进行湿混达450分钟。
在高达4.85GPa和1310℃的超高压和高温下，烧结所述混合粉末。XRD 中，所有烧结体均显示出有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3、以及 WC存在。采用与实施例3中编号为(1)-(6)相同的方法处理所述烧 结体，以测量粘结相的厚度，所获得的粘结相厚度的平均值和标准偏差示 于表4中。
表4 编号 测量方法 混合方法 超声混合 球磨混合 粘结相厚度 粘结相厚度 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 17 (1) 0.8 0.6 0.8 0.8 18 (2) 0.8 0.6 0.8 0.8 19 (3) 0.8 0.6 0.8 0.8 20 (4) 0.8 0.6 0.8 0.8 21 (5) 0.8 0.6 0.8 0.8 22 (6) 0.8 0.6 0.8 0.8
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下述条件下，对所述刀具进 行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间长度，采用超声 波混合的烧结体寿命约20分钟，而采用球磨法混合的烧结体寿命仅约5分 钟。该结果证实，在混合粘结材料粉末时，超声混合法优于无分散剂辅助 的球磨法。
切削试验条件：
待切割的材料：SCM420(JIS标准)，HRC59-61，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在8个V型沟槽，
刀具形状：SNGN120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：90m/min，d：0.23mm，f：0.14mm/转， 条件：干切削。
实施例5
对下述材料进行混合：80重量％氮化钛和20重量％Al。在真空中， 于1200℃对所述混合物热处理30分钟，以获得一种化合物。将所述化合 物粉碎以形成一种粘结材料粉末，所述粉结材料粉末在XRD中有TiN、 Ti2AlN、TiAl3等的峰出现。将平均粒子尺寸为3.5μm的cBN粒子用所述 粘结粉末材料涂覆，以使cBN占有如表5所示的体积分数。采用一种RF 溅射PVD设备进行上述涂覆。TEM下对涂覆后的粒子观察表明，cBN粒 子实际上均匀涂覆有平均厚度为50nm的TiN，采用没有使用分散剂的球 磨方法将涂覆有TiN的cBN粒子与前述的粘结材料粉末加以混合。BM法 的混合过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末同直径10mm的磨球一起放入 一罐内，于丙酮中，以260rpm的转速湿混650分钟，在高达4.8GPa的超 高压和1350℃的高温下烧结所述混合粉末。所有的烧结体在XRD中均显 示出cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC的存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以观察黑色 的cBN粒子和白色的粘结相。通过在所述照片上画任意一条直线，来测量 所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表5中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间。所获结果 也示于表5中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNG432珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：165m/min，d：0.19mm，f：0.125mm/转， 条件：干切削。
表5 编号 cBN含量的 体积百分数(％) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 23 40 1.8 0.8 2 24 45 1.3 0.8 26 25 50 1.1 0.7 31 26 60 0.9 0.7 32 27 65 0.9 0.7 31 28 70 0.8 0.7 25 29 75 0.6 0.7 4
实施例6
对下述材料进行混合：92重量％氮化钛和18重量％Al。在真空中， 于1200℃对所述混合物热处理30分钟，以获得一种化合物。将所述化合 物粉碎以获得一种粘结材料粉末。所述粘结材料粉末在XRD中有TiN、 Ti2AlN、TiAl3等的峰出现，用所述粘结材料粉末对平均粒子尺寸为1.5μm 的cBN进行涂覆处理，以使cBN占有如表6所示的体积分数。所述涂覆 处理采用一种RF溅射PVD设备进行。TEM下对涂覆粒子的观察表明， 所述cBN粒子实际上均匀涂覆有平均厚度为45nm的TiN。采用未使用分 散剂的球磨法将涂覆有TiN的cBN粒子和前述的粘结相粉末加以混合。BM 法的混合过程为：将所述cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm的 磨球一起放入一罐内，在乙醇中，以235rpm的转速湿混550分钟。在4.9GPa 的超高压和1380℃的高温下烧结所述混合粉末。所有烧结体在XRD中均 显示出有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在照片上画任意一条线来测量所述粘 结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表6中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间，所获结果 也示于表6中。
切削试验条件：
待切割的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGM432珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：103m/min，d：0.145mm，f：0.088mm/转， 条件：干切削。
表6 编号 cBN含量的 体积百分数(％) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 30 40 1.2 0.6 3 31 45 0.9 0.6 27 32 50 0.9 0.5 33 33 60 0.8 0.6 34 34 65 0.8 0.5 32 35 70 0.7 0.5 26 36 75 0.6 0.5 2
由实施例5和6所获结果证实，cBN含量的百分数为45-70体积％为 最佳。尤其是，在50-65体积％时所获结果更令人满意。
实施例7
将各材料粉末加以混合来制备粘结相。在真空中，于1230℃下，将每 种混合物热处理32分钟，以获得化合物。将所述化合物粉碎以获得一种粘 结材料粉末。采用分散剂辅助的球磨法对所述粘结材料粉末和平均粒子尺 寸为4.1μm的cBN粉末进行混合，以使cBN占有62％的体积分数。BM 法的混合过程为：将所述cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm的 磨球一起放入一罐内，在丙酮中，以190rpm的转速湿混700分钟，所使 用的分散剂是聚乙烯醇。在5.1GPa的超高压和1310℃的高温下烧结所述 混合粉末。这样所获得的烧结体在XRD中有示于表7中的化合物的峰出现。
在1000倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所述照片上画任意一直条线来测量 粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表7中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间。所获结果 示于表7中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415(JIS标准)，HRC58-62，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNG120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：190m/min，d：0.15mm，f：0.11mm/转， 条件：干切削。
表7 编 号 构成烧结体 的化合物 粘结相厚度 刀具寿 命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 37 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 1.2 0.8 29 38 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W，Co2B 1.3 0.8 26 39 TiC，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 1.1 0.7 28 40 TiZrCN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，W 0.9 0.7 35 41 TiN，TaC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC 1.0 0.8 30 42 TiCN，HfC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，WCoB 1.2 0.8 25 43 TiN，CrN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，NiB 1.4 0.7 28 44 TiCN，ZrC，ZrN，TiB2，AlB2， AlN，Al2O3，WFeCoB 1.2 0.7 26
实施例8
对各种材料的粉末加以混合，以制备粘结相。在真空中，于1270℃％ 以下，对每种混合物热处理28分钟，以获得化合物。将所述化合物粉碎来 获得一种粘结材料粉末。采用分散剂辅助的球磨法对所述粘结材料粉末和 平均粒子尺寸为1.8μm的cBN粉末进行混合，以使cBN所占体积分数为64 ％。BM法的混合过程为：将所述cBN粉末与一种粘结材料粉末同直径为 10mm的磨球一起放入一罐中，以245rpm的转速在乙醇内湿混750分钟。 所添加的分散剂是1.8重量％的聚乙烯醇。在4.8GPa的超高压和1330℃ 的高温下烧结所述混合粉末。这样获得的烧结体在XRD中有如表8所示的 化合物的峰出现。
在1000倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所述照片上画任意一条直线，来测 量所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表8中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所描述的条件下对所述 刀具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现时的时间。所获结果 示于表8中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415(JIS标准)，HRC58-62，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGN120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：190m/min，d：0.15mm，f：0.11mm/转， 条件：干切削。
表8 编号 构成烧结体 的化合物 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 45 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 0.7 0.6 30 46 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W，Co2B 0.9 0.6 29 47 TiC，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 0.8 0.7 24 48 TiZrCN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，W 0.7 0.6 32 49 TiN，TaC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC 0.8 0.5 32 50 TiCN，HfC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，WCoB 0.9 0.7 28 51 TiN，CrN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，NiB 0.9 0.6 24 52 TiCN，ZrC，ZrN，TiB2，AlB2， AlN，Al2O3，WFeCoB 0.8 0.5 26
实施例7的结果表明，每个试样的粘结相厚度平均值不大于1.5μm， 其标准偏差不超过0.9μm；而且，每个试样均具有约30分钟的优良刀具寿 命。类似地，实施例8的结果表明，每个试样的粘结相厚度的平均值不大 于1μm，其标准偏差不超过0.7μm；而且，每个试样均表现出约30分钟的 优异刀具寿命。该结果证实所述粘结相至少包含下述物质之一种较佳：(a) 周期表中4a，5a，或6a族过渡金属的碳化物、氮化物、碳氮化物或硼化物； (b)Al的氮化物、硼化物或氧化物；(c)至少一种Fe、Co或Ni的碳 化物、氮化物、碳氮化物以及硼化物；以及(d)上述这些物质的相互固溶 体。
实施例9
对下述材料进行混合：70重量％氮化钛，25重量％Al，3重量％Co， 以及2重量％Ni，在真空中，1250℃下热处理所述混合物25分钟，以获得 化合物。将所述化合物粉碎，以得到一种粘结材料粉末。所述粘结材料粉 末在XRD中有TiN，Ti2AlN，TiAl3等的峰出现。采用超声混合法，将所 述粘结材料粉末和一种平均粒子尺寸如表9所示的cBN粉末混合，以使cBN所占体积分数为57％。超声法混合过程为：将所述cBN粉末和粘结材料粉 末加入到乙醇中，在23kHz的超声振动作用下进行混合，在4.9GPa的超 高压和1320℃的高温下烧结所混合的粉末。所有的烧结体在XRD中有明 有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所述照片上画任意一直条线，来测 量所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表9中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测定其寿命，即直至崩裂出现时的时间。所获结果示 于表9中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNG432珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：170m/min，d：0.25mm，f：0.14mm/转，条件：干切削。
表9 编号 cBN的平均粒 子尺寸(μm) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 53 1.8 1.2 0.8 8 54 2.0 1.3 0.8 27 55 3.6 1.1 0.7 29 56 5.2 0.9 0.7 27 57 6.0 0.8 0.7 24 58 6.4 0.6 0.7 3
结果清楚表明，平均粒子尺寸为2.0-6.0μm的cBN粒子能够在高速切 削中延长刀具的寿命。
实施例10
对下述材料进行混合：78重量％氮化钛，16重量％Al，4重量％Co， 以及2重量％Ni，在真空中，1260℃下热处理所述混合物20分钟，以获得 化合物，将所述化合物粉碎，以得到一种粘结材料粉末。所述粘结材料粉 末在XRD中有TiN，Ti2AlN，TiAl3等的峰出现。采用超声混合法，将所 述粘结材料粉末与平均粒子尺寸如表10所示的cBN粉末混合，以使cBN所占体积分数为57％。超声法的混合过程为：将所述cBN粉末和粘结材料 粉末添加至乙醇中，在20.5kHz的超声振动作用下进行混合。在5.0GPa 的超高压和1400℃的高温下烧结所混合的粉末。所有烧结体在XRD中均 表明有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所摄照片上画任意一条直线，来测 量所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表10中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测定其寿命，即直至崩裂出现时的时间。所获结果示 于表10中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415(JIS标准)，HRC58-62，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGN120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：100m/min，d：0.21mm，f：0.12mm/rev，条件：干切削。 表10 编号 cBN的平均粒 子尺寸(μm) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 59 2.1 0.9 0.6 8 60 1.8 0.9 0.5 27 61 1.4 0.8 0.6 29 62 0.9 0.8 0.5 27 63 0.6 0.7 0.5 24 64 0.2 0.6 0.4 28 65 0.008 0.5 0.3 3
结果清楚表明，平均粒子尺寸不小于0.01μm但小于2.0μm的cBN粒 子在普通速度、断续切削时能够延长刀具的寿命。
如上所述，本发明提供一种的耐磨性能和抗崩裂性能均较优的cBN烧 结体。通过减小烧结体中粘结相的厚度变化，就能够获得这些较优的性能。
实施例1
对下述材料加以混合：76重量％的氮化钛，18重量％的Al，3重量 ％的Co，以及3重量％Ni，在真空中将所述混合物在1200℃热处理达30 分钟，以获得一种化合物，将该化合物粉碎以得到一种粘结材料粉末。X 射线衍射谱(XRD)表明，所述粘结材料粉末有TiN，Ti2AlN，TiAl3等的 峰出现。采用表1中所述方法，对所述粘结材料粉末和一种平均粒子大小 为3μm的cBN粉末进行混合，以使cBN的体积分数为60％，所述混合方 法的详细条件描述如下。2号样使用RF溅射法来将TiN涂覆在cBN粒子 上。所述涂层的平均厚度为50nm。对2号样进行混合时没有使用分散剂。
超声混合的实施过程为：将一种cBN粉末和一种粘结剂材料添加到 乙醇中，在20kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施过程为： 将一种cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm磨球一起放入一罐 中，以250rpm的转速在乙醇中湿混达800分钟，所使用的分散剂是2重 量％的聚乙烯醇。
对所述的混合粉末在分别高达5GPa和1300℃的超高压和高温下进行 烧结XRD表明，所有烧结体中存在cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3、 以及WC。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察 黑色的cBN粒子和白色的粘结相。通过在这些照片上画任意一条直线来测 定粘结相的厚度。在所述直线上测定20个或更多的位置处的粘结相厚度， 或者cBN粒子间的距离，以获得测量结果的平均值。所获得的平均值以及 标准偏差示于表1中。
将所述烧结体加工成切削刀具。所述刀具然后在下述的条件下进行切 削试验以测定其寿命，即出现崩裂前的时间。结果示于表1中。
切削试验条件
待切削材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm以及长度 300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽。
刀具形状：SNG432珩磨倒角(-25°，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：180m/分钟，d：0.3mm，f：0.15mm/转，
条件：干切削
表1 编 号 混合方法 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 1 超声混合法 1.3 0.85 50 2 BM(球磨)法，其中在与粘结 材料粉末混合前cBN粒子上 涂覆有TiN 1.2 0.8 55 3 使用分散剂的BM法 1.2 0.84 52 4 未使用分散剂的BM法 1.3 1.1 21 5 用磨碎机混合 1.2 1.0 25
结果清楚表明，当粒子平均尺寸为3μm的cBN粒子被厚度平均尺寸 不大于1.5μm以及其标准偏差不超过0.9μm的粘结相粘结时，刀具寿命延 长约2倍，该结果也证实，当对粘结材料粉末与cBN粉末进行混合，以便 获得含有前述厚度的粘结相的烧结体时，使用超声混合法或分散剂辅助球 磨法是令人满意的。而且将粘结相材料涂覆在cBN粒子上也是有效的。
实施例2
采用与实施例1相同的方法生产出一种粘结材料粉末。采用表2所述 方法将所述粘结材料与平均粒子尺寸为1μm的cBN粉末混合，以使cBN的体积分数达60％，所述混合方法的详细条件在下面做了描述。7号样使 用RF溅射法来将TiN涂覆在cBN粒子上，所述涂层的平均厚度为40nm， 7号样的混合没有使用分散剂。
超声混合的实施过程为，将cBN粉末和粘结材料粉末添加至丙酮中， 并在23.5kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末同直径为10mm的磨球一起置于一罐内，在乙醇中， 以235rpm的转速湿混340分钟，所使用的分散剂为1.5重量％的聚乙烯醇。
在高达5GPa和1300℃的超高压和高温下烧结所述混合粉末。XRD 分析中，所有的烧结体均显示有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以 及WC存在。
采用与实施例1相同的方法观察所述烧结体的结构，以测量粘结相的 厚度，所获得的厚度平均值和标准偏差列于表2中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下述条件下对所述刀具进行 切削实验，以测定其寿命，即刀具出现崩裂时的时间。所获结果列于表2 中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长 300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGM20408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：100m/min，d：0.2mm，f：0.13m/转，
条件：干切削
表2 编 号 混合法 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 6 超声混合方法 0.7 0.45 50 7 BM法，其中在与粘结材料粉 末混合前cBN粒子上涂覆有 TiN 0.8 0.50 55 8 使用分散剂的BM法 0.7 0.52 52 9 未使用分散剂的BM法 0.8 0.75 21 10 用磨碎机混合 0.7 0.79 25
结果清楚表明，当平均粒子尺寸为1μm的cBN粒子被厚度平均值不 大于1.0μm而且标示准偏差值不超过0.7μm的粒结相粘结时，刀具的寿命 延长约2倍，所述结果也证实，当将所述粘结粉末与cBN粉末加以混合， 以便获得含有上述厚度的粘结相的烧结体时，使用超声混合法或分散剂辅 助球磨法是令人满意的。
实施例3
对下面的材料进行混合：75重量％氮化钛，22重量％Al，2重量％Co， 以及1重量％Ni。在真空中对所述混合物于1240℃下进行热处理达32分 钟，以获得一种化合物。将所述化合物加以粉碎以获得一种粘结材料粉末。 X射线衍射谱中，所述粘结材料粉末出现了TiN，Ti2AlN、TiAl3等的峰。 采用超声混合法和一种无分散剂辅助的球磨(BM)法，将所述粘结材料与 平均粒子尺寸为4.8μm的cBN粉末加以混合，以使cBN的体积分数达65 ％。混合方法的具体条件描述如下。
超声混合法的实施过程为：将一种cBN粉末和一种粘结材料粉末添 加到丙酮中，并在25kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施 过程为：将一种cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm的磨球一起 置于一罐内，在乙醇中以200rpm的转速湿混600分钟。
在高达4.85GPa和1310℃的超高压和高温下烧结所述混合粉末。XRD 中，所有的烧结体均显示出有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及 WC存在。采用下面所述方法对所述烧结体的结构进行观察，对下述的每 一种观察方法，均采用与实施例1相同的方法来测量粘结相的厚度。
(1)在1500倍的金相显微镜下对结构进行拍摄，以便观察黑色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在照片的划任意一条线来测量所述粘结相的厚 度。
(2)在3000倍的扫描电子显微镜(SEM)下对所述结构进行拍摄， 以便观察cBN粒子和粘结相。通过在所述照片上划任意一条直线来测量所 述粘结相的厚度。
(3)在10000倍的透射电子显微镜(TEM)下对所述结构进行拍摄， 以便观察cBN粒子和粘结相，通过在所述照片上划任意一条直线来测量所 述粘结相的厚度。
(4)采用10000倍的俄歇电子谱仪(AES)对所述结构进行拍摄， 以观察cBN粒子和粘结相。通过在所述照片上画任意一条直线来测量所述 粘结相的厚度。
(5)在1500倍的金相显微镜下对所述结构进行拍摄，以观察黑色的 cBN粒子和白色的粘结相。对所述照片采用图象分析加以处理。对所述图 像进行双水平量化，以使与cBN粒子相对应的黑色部位的面积百分数与cBN的体积百分数相等。然后，确定与粘结相相对应的部位，以便测量粘结相 的厚度。
(6)在1000倍的金相显微镜下对所述结构进行拍摄，以观察黑色的 cBN粒子和白色的粘结相。采用图像分所析对所述照片进行处理，以测量 所画任意一条线上的亮度。测量结果表明，亮度具有周期性。首先，依据 亮度的程度，将所述直线各段分成两组：一组比给定的亮度还暗(与cBN粒子相对应)；另一组更亮些(与粘结相相对应)。其次，对确定亮度程 度的方式进行控制，以使较暗部分的百分数与cBN的体积百分数相等。最 后，将较亮部分的长度作为粘结相的厚度。
所获得的粘结相厚度平均值和标准偏差列于表3中。
表3 编号 测量方法 混合方法 超声混合 球磨混合 粘结相厚度 粘结相厚度 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 11 (1) 1.2 0.7 1.2 1.3 12 (2) 1.2 0.7 1.2 1.3 13 (3) 1.2 0.7 1.2 1.3 14 (4) 1.2 0.7 1.2 1.3 15 (5) 1.2 0.7 1.2 1.3 16 (6) 1.2 0.7 1.2 1.3
将所述烧结体加工成切削刀具，然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量刀具的寿命，即直至崩裂出现时的时间。采用超 声波法混合的烧结体寿命约20分钟，采用球磨法混合的烧结体寿命约5分 钟，该结果证实，混合粘结材料粉末时，超声混合法优于未使用分散剂的 球磨法。
切削试验条件：
待切削材料：SCM420，HRC59-61，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在8个V型沟槽，
刀具形状：SNGN20408珩磨倒角(-25°，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：150m/min，d：0.25mm，f：0.11mm/转， 条件：干切削
实施例4
对下述材料进行混合：73重量％氮化钛，19重量％Al，4重量％Co， 和4重量％Ni。在真空中，于1240℃对所述混合物热处理32分钟，以获 得一种化合物。将所述化合物粉碎，从而获得一种粘结材料粉末。XRD中， 所述粘结材料粉末有TiN、Ti2AlN、TiAl3等的峰出现。采用超声混合法和 采用没有分散剂辅助的球磨(BM)法，将所述粘结材料粉末和平均粒子尺 寸为0.5μm的cBN粉末加以混合，以使cBN的体积分数达65％，混合方 法的详细条件描述如下。
超声法混合的实施过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末添加到乙醇中， 并在22.3kHz的超声振动作用下进行混合。BM混合法的实施过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末同直径10mm的磨球一起置于一罐内，在丙酮中，以 215rpm的转速进行湿混达450分钟。
在高达4.85GPa和1310℃的超高压和高温下，烧结所述混合粉末。XRD 中，所有烧结体均显示出有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3、以及 WC存在。采用与实施例3中编号为(1)-(6)相同的方法处理所述烧 结体，以测量粘结相的厚度，所获得的粘结相厚度的平均值和标准偏差示 于表4中。
表4 编号 测量方法 混合方法 超声混合 球磨混合 粘结相厚度 粘结相厚度 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 平均值 (μm) 标准偏差 (μm) 17 (1) 0.8 0.6 0.8 0.8 18 (2) 0.8 0.6 0.8 0.8 19 (3) 0.8 0.6 0.8 0.8 20 (4) 0.8 0.6 0.8 0.8 21 (5) 0.8 0.6 0.8 0.8 22 (6) 0.8 0.6 0.8 0.8
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下述条件下，对所述刀具进 行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间长度，采用超声 波混合的烧结体寿命约20分钟，而采用球磨法混合的烧结体寿命仅约5分 钟。该结果证实，在混合粘结材料粉末时，超声混合法优于无分散剂辅助 的球磨法。
切削试验条件：
待切割的材料：SCM420(JIS标准)，HRC59-61，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在8个V型沟槽，
刀具形状：SNGN120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：90m/min，d：0.23mm，f：0.14mm/转， 条件：干切削。
实施例5
对下述材料进行混合：80重量％氮化钛和20重量％Al。在真空中， 于1200℃对所述混合物热处理30分钟，以获得一种化合物。将所述化合 物粉碎以形成一种粘结材料粉末，所述粉结材料粉末在XRD中有TiN、 Ti2AlN、TiAl3等的峰出现。将平均粒子尺寸为3.5μm的cBN粒子用所述 粘结粉末材料涂覆，以使cBN占有如表5所示的体积分数。采用一种RF 溅射PVD设备进行上述涂覆。TEM下对涂覆后的粒子观察表明，cBN粒 子实际上均匀涂覆有平均厚度为50nm的TiN，采用没有使用分散剂的球 磨方法将涂覆有TiN的cBN粒子与前述的粘结材料粉末加以混合。BM法 的混合过程为：将cBN粉末和粘结材料粉末同直径10mm的磨球一起放入 一罐内，于丙酮中，以260rpm的转速湿混650分钟，在高达4.8GPa的超 高压和1350℃的高温下烧结所述混合粉末。所有的烧结体在XRD中均显 示出cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC的存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以观察黑色 的cBN粒子和白色的粘结相。通过在所述照片上画任意一条直线，来测量 所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表5中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间。所获结果 也示于表5中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNG432珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：165m/min，d：0.19mm，f：0.125mm/转， 条件：干切削。
表5 编号 cBN含量的 体积百分数(％) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 23 40 1.8 0.8 2 24 45 1.3 0.8 26 25 50 1.1 0.7 31 26 60 0.9 0.7 32 27 65 0.9 0.7 31 28 70 0.8 0.7 25 29 75 0.6 0.7 4
实施例6
对下述材料进行混合：92重量％氮化钛和18重量％Al。在真空中， 于1200℃对所述混合物热处理30分钟，以获得一种化合物。将所述化合 物粉碎以获得一种粘结材料粉末。所述粘结材料粉末在XRD中有TiN、 Ti2AlN、TiAl3等的峰出现，用所述粘结材料粉末对平均粒子尺寸为1.5μm 的cBN进行涂覆处理，以使cBN占有如表6所示的体积分数。所述涂覆 处理采用一种RF溅射PVD设备进行。TEM下对涂覆粒子的观察表明， 所述cBN粒子实际上均匀涂覆有平均厚度为45nm的TiN。采用未使用分 散剂的球磨法将涂覆有TiN的cBN粒子和前述的粘结相粉末加以混合。BM 法的混合过程为：将所述cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm的 磨球一起放入一罐内，在乙醇中，以235rpm的转速湿混550分钟。在4.9GPa 的超高压和1380℃的高温下烧结所述混合粉末。所有烧结体在XRD中均 显示出有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在照片上画任意一条线来测量所述粘 结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表6中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间，所获结果 也示于表6中。
切削试验条件：
待切割的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGM432珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：103m/min，d：0.145mm，f：0.088mm/转， 条件：干切削。
表6 编号 cBN含量的 体积百分数(％) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 30 40 1.2 0.6 3 31 45 0.9 0.6 27 32 50 0.9 0.5 33 33 60 0.8 0.6 34 34 65 0.8 0.5 32 35 70 0.7 0.5 26 36 75 0.6 0.5 2
由实施例5和6所获结果证实，cBN含量的百分数为45-70体积％为 最佳。尤其是，在50-65体积％时所获结果更令人满意。
实施例7
将各材料粉末加以混合来制备粘结相。在真空中，于1230℃下，将每 种混合物热处理32分钟，以获得化合物。将所述化合物粉碎以获得一种粘 结材料粉末。采用分散剂辅助的球磨法对所述粘结材料粉末和平均粒子尺 寸为4.1μm的cBN粉末进行混合，以使cBN占有62％的体积分数。BM 法的混合过程为：将所述cBN粉末和一种粘结材料粉末同直径为10mm的 磨球一起放入一罐内，在丙酮中，以190rpm的转速湿混700分钟，所使 用的分散剂是聚乙烯醇。在5.1GPa的超高压和1310℃的高温下烧结所述 混合粉末。这样所获得的烧结体在XRD中有示于表7中的化合物的峰出现。
在1000倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所述照片上画任意一直条线来测量 粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表7中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现为止的时间。所获结果 示于表7中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415(JIS标准)，HRC58-62，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNG120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：190m/min，d：0.15mm，f：0.11mm/转， 条件：干切削。
表7 编 号 构成烧结体 的化合物 粘结相厚度 刀具寿 命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 37 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 1.2 0.8 29 38 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W，Co2B 1.3 0.8 26 39 TiC，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 1.1 0.7 28 40 TiZrCN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，W 0.9 0.7 35 41 TiN，TaC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC 1.0 0.8 30 42 TiCN，HfC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，WCoB 1.2 0.8 25 43 TiN，CrN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，NiB 1.4 0.7 28 44 TiCN，ZrC，ZrN，TiB2，AlB2， AlN，Al2O3，WFeCoB 1.2 0.7 26
实施例8
对各种材料的粉末加以混合，以制备粘结相。在真空中，于1270℃％ 以下，对每种混合物热处理28分钟，以获得化合物。将所述化合物粉碎来 获得一种粘结材料粉末。采用分散剂辅助的球磨法对所述粘结材料粉末和 平均粒子尺寸为1.8μm的cBN粉末进行混合，以使cBN所占体积分数为64 ％。BM法的混合过程为：将所述cBN粉末与一种粘结材料粉末同直径为 10mm的磨球一起放入一罐中，以245rpm的转速在乙醇内湿混750分钟。 所添加的分散剂是1.8重量％的聚乙烯醇。在4.8GPa的超高压和1330℃ 的高温下烧结所述混合粉末。这样获得的烧结体在XRD中有如表8所示的 化合物的峰出现。
在1000倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所述照片上画任意一条直线，来测 量所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表8中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所描述的条件下对所述 刀具进行切削试验，以测量其寿命，即直至崩裂出现时的时间。所获结果 示于表8中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415(JIS标准)，HRC58-62，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGN120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：190m/min，d：0.15mm，f：0.11mm/转， 条件：干切削。
表8 编号 构成烧结体 的化合物 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 45 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 0.7 0.6 30 46 TiN，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W，Co2B 0.9 0.6 29 47 TiC，TiB2，AlB2，AlN，Al2O3， WC，W 0.8 0.7 24 48 TiZrCN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，W 0.7 0.6 32 49 TiN，TaC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC 0.8 0.5 32 50 TiCN，HfC，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，WCoB 0.9 0.7 28 51 TiN，CrN，TiB2，AlB2，AlN， Al2O3，WC，NiB 0.9 0.6 24 52 TiCN，ZrC，ZrN，TiB2，AlB2， AlN，Al2O3，WFeCoB 0.8 0.5 26
实施例7的结果表明，每个试样的粘结相厚度平均值不大于1.5μm， 其标准偏差不超过0.9μm；而且，每个试样均具有约30分钟的优良刀具寿 命。类似地，实施例8的结果表明，每个试样的粘结相厚度的平均值不大 于1μm，其标准偏差不超过0.7μm；而且，每个试样均表现出约30分钟的 优异刀具寿命。该结果证实所述粘结相至少包含下述物质之一种较佳：(a) 周期表中4a，5a，或6a族过渡金属的碳化物、氮化物、碳氮化物或硼化物； (b)Al的氮化物、硼化物或氧化物；(c)至少一种Fe、Co或Ni的碳 化物、氮化物、碳氮化物以及硼化物；以及(d)上述这些物质的相互固溶 体。
实施例9
对下述材料进行混合：70重量％氮化钛，25重量％Al，3重量％Co， 以及2重量％Ni，在真空中，1250℃下热处理所述混合物25分钟，以获得 化合物。将所述化合物粉碎，以得到一种粘结材料粉末。所述粘结材料粉 末在XRD中有TiN，Ti2AlN，TiAl3等的峰出现。采用超声混合法，将所 述粘结材料粉末和一种平均粒子尺寸如表9所示的cBN粉末混合，以使cBN所占体积分数为57％。超声法混合过程为：将所述cBN粉末和粘结材料粉 末加入到乙醇中，在23kHz的超声振动作用下进行混合，在4.9GPa的超 高压和1320℃的高温下烧结所混合的粉末。所有的烧结体在XRD中有明 有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所述照片上画任意一直条线，来测 量所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表9中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测定其寿命，即直至崩裂出现时的时间。所获结果示 于表9中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415，HRC58-62，尺寸：直径100mm，长300mm， 形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNG432珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：170m/min，d：0.25mm，f：0.14mm/转，条件：干切削。
表9 编号 cBN的平均粒 子尺寸(μm) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 53 1.8 1.2 0.8 8 54 2.0 1.3 0.8 27 55 3.6 1.1 0.7 29 56 5.2 0.9 0.7 27 57 6.0 0.8 0.7 24 58 6.4 0.6 0.7 3
结果清楚表明，平均粒子尺寸为2.0-6.0μm的cBN粒子能够在高速切 削中延长刀具的寿命。
实施例10
对下述材料进行混合：78重量％氮化钛，16重量％Al，4重量％Co， 以及2重量％Ni，在真空中，1260℃下热处理所述混合物20分钟，以获得 化合物，将所述化合物粉碎，以得到一种粘结材料粉末。所述粘结材料粉 末在XRD中有TiN，Ti2AlN，TiAl3等的峰出现。采用超声混合法，将所 述粘结材料粉末与平均粒子尺寸如表10所示的cBN粉末混合，以使cBN所占体积分数为57％。超声法的混合过程为：将所述cBN粉末和粘结材料 粉末添加至乙醇中，在20.5kHz的超声振动作用下进行混合。在5.0GPa 的超高压和1400℃的高温下烧结所混合的粉末。所有烧结体在XRD中均 表明有cBN、TiN、TiB2、AlB2、AlN、Al2O3以及WC存在。
在1500倍的金相显微镜下对所述烧结体的结构进行拍摄，以便观察黑 色的cBN粒子和白色的粘结相，通过在所摄照片上画任意一条直线，来测 量所述粘结相的厚度。所获得的厚度平均值和标准偏差示于表10中。
将所述烧结体加工成切削刀具。然后，在下面所述的条件下对所述刀 具进行切削试验，以测定其寿命，即直至崩裂出现时的时间。所获结果示 于表10中。
切削试验条件：
待切削的材料：SCM415(JIS标准)，HRC58-62，尺寸：直径100mm， 长300mm，形状：沿长度方向存在6个V型沟槽，
刀具形状：SNGN120408珩磨倒角(-25℃，0.15-0.2mm)
刀架：FN11R
切削条件：V：100m/min，d：0.21mm，f：0.12mm/rev，条件：干切削。 表10 编号 cBN的平均粒 子尺寸(μm) 粘结相厚度 刀具寿命 (分钟) 平均值(μm) 标准偏差(μm) 59 2.1 0.9 0.6 8 60 1.8 0.9 0.5 27 61 1.4 0.8 0.6 29 62 0.9 0.8 0.5 27 63 0.6 0.7 0.5 24 64 0.2 0.6 0.4 28 65 0.008 0.5 0.3 3
结果清楚表明，平均粒子尺寸不小于0.01μm但小于2.0μm的cBN粒 子在普通速度、断续切削时能够延长刀具的寿命。
如上所述，本发明提供一种的耐磨性能和抗崩裂性能均较优的cBN烧 结体。通过减小烧结体中粘结相的厚度变化，就能够获得这些较优的性能。
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