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          【技术+】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

          关键词 立方氮化硼 , 粘结剂|2018-12-24 08:55:26|技术信息|来源 中国天空彩票与你同行
          摘要 (摘要)立方氮化硼(cBN)具有硬度高、导热性能好、热稳定性好、对铁族元素的化学惰性等优点。因此,被广泛地应用于加硬化钢、铸铁或其他难处理合金材料。聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材...

                 (摘要)立方氮化硼(cBN)具有硬度高、导热性能好、热稳定性好、对铁族元素的化学惰性等优点。因此,被广泛地应用于加硬化钢、铸铁或其他难处理合金材料。聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料是采用不同粘结剂与cBN微粉在高温高压下烧结而成。PcBN独特的结构可以克服单晶cBN的解理、各向异性等缺点,因而在工业领域得到了广泛的应用,特别是在硬铁材料和难加工材料中。

                 粘结剂的选择直接影响PcBN复合材料的力学性能,采用合适的粘结剂不仅可以降低烧结压力和温度要求,还可以促进cBN-cBN的结合,改善PcBN综合性能。其中, Al、Ti可以与cBN反应生成一系列高熔点、高硬度的物相,并且Al在高温下熔融为液相,改善烧结机制,有利于cBN微粉结合在一起, 因此常被用来作为PcBN烧结的结合剂。Yuan等人在常压条件下,通过放电等离子烧结技术制备PcBN,发现添加Al和Ti不仅有利于抑制cBN向hBN的转变,且会与cBN反应生成硬质相AlN、TiB2、TiN,提高PcBN的综合性能。Yu等人采用原位合成法,在5.0GPa的超高压下,研究温度对烧结cBN-Ti-A1体系合成PcBN复合材料的影响。结果表明,在该体系中发现有性能优异TiB2棒晶的形成,棒晶的拔出和桥联机制改善了PcBN的抗弯强度。但是在该制备过程中存在低温TiB2棒晶晶型偏向于板状,致密度相对较低,而高温棒晶长径比较小且不均一等问题。稀土作为一类表面活性类物质,不仅会影响液相粘度,改善致密性,而且Shibata等人研究稀土对β-Si3N4棒晶的影响,稀土离子会选择性吸附在棒晶侧面,影响棒晶生长的各向异性,促进棒晶的生长。而TiB2与Si3N4具有类似的六方晶系结构。因此,采用高温高压原位合成方法,研究不同稀土氧化物(Y2O3、Gd2O3、Nd2O3)对cBN-A1-Ti体系原位合成棒晶TiB2增强PcBN的影响,分析稀土氧化物对棒晶TiB2的晶型、含量和长径比的影响,并对PcBN复合材料的显微结构和力学性能进行分析。

                 研究发现,在cBN-Al-Ti体系中,添加Y2O3、Nd2O3 与未添加稀土氧化物的PcBN样品物相一致,而添加Gd2O3会有新物相GdB6生成;添加稀土氧化物可以改善样品的致密度,提高显微硬度;在cBN-A1-Ti体系中,添加Y2O3对于TiB2棒晶生长和含量促进效果不明显, Nd2O3 反而导致TiB2棒晶含量减少,出现大量团聚片状TiN,而添加Gd2O3有利于TiB2棒晶生成,改善TiB2棒晶晶型和长径比,此时PcBN获得最佳综合性能。

                  声明:本栏目内容仅供技术交流之目的!

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