烧结温度对合成PCBN复合片性能的影响

发布时间：2021-07-10 06:50

　　将立方氮化硼微粉和Ti、AlN微粉按一定的质量比进行混料,在高温和超高压条件下合成聚晶立方氮化硼（PCBN）复合片,利用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了烧结温度对PCBN的力学性能、显微结构以及切削性能的影响。研究表明:在超高压5.5 GPa,高温1400～1550℃之间,PCBN复合片中的物相由BN、AlN、TiN、TiB2和W组成;PCBN中的cBN颗粒通过反应生成的物相彼此连接;PCBN的力学性能和切削性能随烧结温度的升高增强。 

【文章来源】：中国陶瓷. 2020,56(08)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同烧结温度得到的PCBN样品的X射线衍射图

图2为不同烧结温度下PCBN样品的气孔率曲线图。从图可知，气孔率随着温度的升高而降低，当温度升高到1550℃时，PCBN的气孔率仅为0.85%，说明烧结温度的升高对PCBN样品的致密性有促进作用。结合剂组分中含有金属钛，从XRD图谱分析可知，当烧结温度达到1400℃时，金属钛就已经与cBN完全反应，生成TiN和TiB。PCBN样品致密性与以下原因有关：结合剂组分中含有金属钛，在超高压状态下，当温度升高时，固态Ti熔融变成液相，和AlN一起在体系内部流动，填充于cBN与cBN晶粒之间，促进了cBN与结合剂化学反应的发生，生成新物相牢固地将cBN颗粒黏结在一起，从而减小PCBN内部气孔的产生；同时烧结体的收缩率增大，在超高压和高温的共同作用下样品内部各晶粒之间结合性越来越好，使生成的PCBN物相分布更加均匀，结构更加致密。2.3 断面显微结构分析

烧结温度同样影响样品的断裂方式。从图4可以看出，不同烧结温度样品的断口均凹凸不平，断裂以沿晶断裂为主，其中，低温时（1400℃）烧结体内部结构比较松散，断裂过程中裂纹会沿着cBN与结合剂的界面结合薄弱处断裂，形成沿晶断裂（如图4(e)(f)中椭圆实线所示）。高温时（1550℃）烧结体内部结构紧密，观察到如图4(f)中矩形虚线所示的明显的锯齿状晶粒，和如图4(f)中椭圆虚线所示的晶粒拔出现象，说明cBN与结合剂的界面结合力较强，在PCBN中伴随有穿晶断裂，当裂纹遇到cBN颗粒并穿过，需要克服颗粒断裂形成新表面的表面能，从而损失裂纹扩展的能量，可以起到增韧补强作用（图4(f)中矩形实线圈出）。由于低温时cBN与结合剂之间为弱结合界面，结合强度较低，当裂纹产生时，首先会沿着这些弱结合界扩展。随着烧结温度的升高，致密化程度提高，结合剂与cBN之间的结合强度增大，cBN颗粒发生穿晶断裂，会对PCBN材料起到增韧补强作用。2.4 硬度分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]cBN-TiN-Al合成PCBN复合片及其性能研究[J]. 陈超,莫培程,林峰,陈家荣,谢德龙,肖乐银,潘晓毅.  中国陶瓷. 2019(07)
[2]cBN-Ti-Al-Si原位合成PcBN复合材料及其力学性能[J]. 莫培程,吴一,于文霖,王吉林,邹正光,钟生林,王鹏.  材料导报. 2018(14)
[3]Al与cBN在高温高压下的相互作用[J]. 赵玉成,王明智.  无机材料学报. 2008(02)



本文编号：3275416