本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地涉及一種立方氮化硼復(fù)合體及其制備方法。

背景技術(shù)：

立方氮化硼與金剛石是用途最廣泛，最具市場(chǎng)潛力的超硬材料，在市場(chǎng)上具有十分重要的地位。其中，金剛石雖為已知最硬的超硬材料，卻易在加工鐵族元素材料時(shí)發(fā)生石墨化，降低加工效率。此外，在有氧高溫環(huán)境中，金剛石制品的熱穩(wěn)定性較差。與此相反，立方氮化硼則因具備良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，很好地彌補(bǔ)了金剛石的上述兩個(gè)缺點(diǎn)。作為金剛石在機(jī)械加工領(lǐng)域的互補(bǔ)材料，立方氮化硼具有十分強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求和應(yīng)用前景。

立方氮化硼由于具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，理論上切磨壽命長，但在將其與金屬基體復(fù)合制備切磨器件的時(shí)候，存在制品質(zhì)量不高的問題，究其原因主要是立方氮化硼與金屬基體之間結(jié)合性能較差。因此，在制備立方氮化硼切割件、研磨件、拋光件等器件之前，通常會(huì)先對(duì)立方氮化硼原料進(jìn)行表面鍍膜處理以改善立方氮化硼與金屬基體之間的結(jié)合性能。常用的對(duì)立方氮化硼原料進(jìn)行表面處理的方法主要有電鍍、化學(xué)鍍、磁控濺射等，然而，這些處理方法均無法有效地兼顧立方氮化硼原料與金屬基體之間的結(jié)合性能和大批量生產(chǎn)兩個(gè)方面。其中，采用電鍍、化學(xué)鍍等方法制備的立方氮化硼復(fù)合體中由于鍍層與立方氮化硼胚體之間結(jié)合強(qiáng)度較差，導(dǎo)致所述方法對(duì)切磨件中立方氮化硼復(fù)合體與金屬基體之間結(jié)合性能改善效果有限，同時(shí)所述方法在制備過程中存在嚴(yán)重的環(huán)境污染。采用磁控濺射等方法制備的立方氮化硼復(fù)合體中雖然鍍層與立方氮化硼胚體之間有較高的界面結(jié)合強(qiáng)度，但是該方法存在高成本、低產(chǎn)出的問題?？偟膩碚f，現(xiàn)有的表面處理方法均不適于大批量地處理立方氮化硼、特別是小尺寸的立方氮化硼微粉。

綜上所述，本領(lǐng)域急需開發(fā)一種與金屬基體之間結(jié)合良好且制備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)化、成本低、無污染、適于大批量生產(chǎn)的立方氮化硼復(fù)合體，從而提高立方氮化硼制品的質(zhì)量和壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種與金屬基體之間結(jié)合良好且制備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)化、成本低、無污染、適于大批量生產(chǎn)的立方氮化硼復(fù)合體，從而提高立方氮化硼制品的質(zhì)量和壽命。

本發(fā)明的第一方面，提供了一種立方氮化硼復(fù)合體，所述復(fù)合體包括：

1)作為內(nèi)核的立方氮化硼；和

2)復(fù)合于所述立方氮化硼內(nèi)核外表面的表面鍍層；其中，

所述表面鍍層包括復(fù)合于所述立方氮化硼內(nèi)核外表面的第一鍍層和復(fù)合于所述第一鍍層外表面的第二鍍層，其中，

所述第一鍍層含有氮鈦化合物；

所述第二鍍層為鈦基鍍層。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合為化學(xué)鍵合。

在另一優(yōu)選例中，所述表面鍍層的厚度為10nm-1000μm；和/或

所述第一鍍層的厚度為10nm－500um；和/或

所述第二鍍層的厚度為10nm－500um。

在另一優(yōu)選例中，所述表面鍍層的厚度為100nm-500μm，較佳地為1um-200um，更佳地為100um-200um。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層的厚度為10nm－500um，較佳地為1um-500um，更佳地為100um-200um。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層的厚度為10nm－500um，較佳地為1um-500um，更佳地為100um-200um。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層位于所述立方氮化硼內(nèi)核和所述第二鍍層之間。

在另一優(yōu)選例中，所述表面鍍層的厚度和/或所述第一鍍層的厚度和/或所述第二鍍層的厚度均勻。

在另一優(yōu)選例中，所述“厚度均勻”是指在所述復(fù)合體任一位置處所述表面鍍層的厚度與在所述復(fù)合體中所述表面鍍層的平均厚度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。

在另一優(yōu)選例中，所述“厚度均勻”是指在所述復(fù)合體任一位置處所述第一 鍍層的厚度與在所述復(fù)合體中所述第一鍍層的平均厚度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。

在另一優(yōu)選例中，所述“厚度均勻”是指在所述復(fù)合體任一位置處所述第二鍍層的厚度與在所述復(fù)合體中所述第二鍍層的平均厚度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼的形狀選自下組：顆粒狀、薄膜狀、塊狀、條狀、柱狀。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼為顆粒狀。

在另一優(yōu)選例中，所述顆粒狀立方氮化硼的粒徑為10nm-10000μm，較佳地為100nm-5000μm，更佳地為1um-3000μm，最佳地為20um-1000μm。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼選自下組：?jiǎn)尉Я⒎降?、多晶立方氮化硼、聚晶立方氮化硼?/p>

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合體為顆粒狀。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合體的粒徑為10nm－10000μm，較佳地為20nm-8000μm，更佳地為100nm-5000μm，最佳地為1-3000μm。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合體的粒徑為10－1000μm，較佳地為20-800μm，更佳地為25-500μm，最佳地為30-300μm。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中鈦含量≥50wt％；和/或

所述第二鍍層中鈦含量≥90wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中還含有硼鈦化合物。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中硼鈦化合物和氮鈦化合物的重量比為0.5－2.5：1－5，較佳地為0.5－2：1－3，更佳地為0.75－1.25：2－3。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鈦含量≥90wt％，較佳地≥95wt％，更佳地≥97wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中90wt％≥鈦含量≥50wt％，較佳地80wt％≥鈦含量≥60wt％，更佳地75wt％≥鈦含量≥65wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中30wt％≥氮含量≥1wt％，較佳地20wt％≥氮含量≥10wt％，更佳地18wt％≥氮含量≥12wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中25wt％≥硼含量≥1wt％，較佳地15wt％≥ 硼含量≥8wt％，更佳地15wt％≥硼含量≥10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述鈦基鍍層為含鈦納米鍍層。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦納米鍍層還含有選自下組的元素：銅、鋅、鎳、鋁、鈷、硼、硅、鉻、氧、氮、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中銅含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－12.5wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鋅含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鎳含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－5wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鋁含量為0－25wt％，較佳地0.1－20wt％，更佳地0.5－15wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鈷含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－5wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中硼含量為0－10wt％，較佳地0.1－5wt％，更佳地0.5－1wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中硅含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鉻含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中氮含量為0－10wt％，較佳地0.1－5wt％，更佳地0.5－1wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述表面鍍層與所述立方氮化硼內(nèi)核之間的結(jié)合強(qiáng)度為20－500MPa；

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合體是采用本發(fā)明第二方面的方法制備的。

本發(fā)明的第二方面，提供了一種本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體的制備方法，包括步驟：

1)提供一混合物，所述混合物含有立方氮化硼、鹽和含鈦鍍層原料；

2)將所述混合物置于鹽浴爐中，進(jìn)行加熱處理，得到本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體。

在另一優(yōu)選例中，步驟2)在選自下組的氣氛下進(jìn)行：真空氣氛、惰性氣氛、還原氣氛。

在另一優(yōu)選例中，所述真空氣氛的真空度為10^-5-10³Pa，較佳地為10^-4-10²Pa，更佳地為10^-3-10^-1Pa。

在另一優(yōu)選例中，所述惰性氣氛的惰性氣體選自下組：氦氣、氬氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氮?dú)狻?/p>

在另一優(yōu)選例中，所述還原氣氛的還原氣為氫氣。

在另一優(yōu)選例中，在步驟2)之后還包括如下步驟：

2-1)將步驟2)所得產(chǎn)物冷卻到室溫，獲得本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體。

在另一優(yōu)選例中，所述冷卻的降溫速率為2-12℃/min，較佳地為2-10℃/min，更佳地為2-8℃/min。

在另一優(yōu)選例中，在步驟2)之后還任選地包括如下步驟：

3)清洗步驟2)所得產(chǎn)物；

4)干燥步驟3)所得產(chǎn)物，制得本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體。

在另一優(yōu)選例中，步驟3)所述清洗的清洗溶劑為水。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼的形狀選自下組：顆粒狀、薄膜狀、塊狀、條狀、柱狀。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼為顆粒狀。

在另一優(yōu)選例中，所述顆粒狀立方氮化硼的粒徑為10nm-10000μm，較佳地為100nm-5000μm，更佳地為1-3000μm，最佳地為20-1000μm。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼選自下組：?jiǎn)尉Я⒎降?、多晶立方氮化硼、聚晶立方氮化硼?/p>

在另一優(yōu)選例中，步驟1)所述混合物中還含有溶劑。

在另一優(yōu)選例中，所述溶劑在高溫下易揮發(fā)。

在另一優(yōu)選例中，所述溶劑選自下組：無水乙醇、丙酮、甲醇、去離子水、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽的熔點(diǎn)≤1500℃。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽的熔點(diǎn)≤1380℃，較佳地≤1180℃，更佳地≤1000℃，最佳地≤800℃。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽在高溫下溶化充當(dāng)溶劑。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽不參與所述方法中的化學(xué)反應(yīng)。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽在常溫(約10-45℃)下易溶于水。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽中金屬元素選自下組：鉀、鈉、鈣、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述金屬元素的鹽選自下組：鹽酸鹽、硫酸鹽、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述金屬元素的鹽優(yōu)選為鹽酸鹽。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽選自下組：氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽為粉末狀。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽為晶體或非晶體。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦鍍層原料選自下組：鈦粉、鈦粉與金屬粉的混合物、含鈦二元合金粉、含鈦三元合金粉、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述金屬粉選自下組：銅粉、鋅粉、鎳粉、鋁粉、鈷粉、硼粉、硅粉、鉻粉或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述鈦粉與金屬粉的混合物中鈦粉含量≥50wt％，較佳地≥75wt％，更佳地≥85wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦二元合金選自下組：鈦銅合金、鈦鋅合金、鈦鎳合金、鈦鋁合金、鈦鈷合金、鈦硼合金、鈦硅合金、鈦鉻合金、鈦鎂合金或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦二元合金中鈦含量≥50wt％，較佳地≥75wt％，更佳地≥85wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦三元合金選自下組：鈦銅鋅合金、鈦鎳硅合金、鈦鋁硼合金、鈦鈷鎳合金、鈦鈷銅合金、鈦鋁鋅合金、鈦鋁銅合金、鈦鋁硼合金或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦三元合金中鈦含量≥50wt％，較佳地≥75wt％，更佳地≥85wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦鍍層原料為粉末狀。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦鍍層原料的粒徑為1-100000nm，較佳地為 10-10000nm，更佳地為100-5000nm。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物中鹽和含鈦鍍層原料的重量比為1－100：1。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物中鹽和含鈦鍍層原料的重量比為1－50：1，較佳地為1-20：1，更佳地為1-10：1。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物中鹽和立方氮化硼的重量比為1－100：1－100，較佳地為1-50：1-50，更佳地為1－10：1-20。

在另一優(yōu)選例中，所述方法具有選自下組的一個(gè)或多個(gè)特征：

a)步驟2)加熱處理的熱處理溫度為600-1380℃；

在另一優(yōu)選例中，步驟2)加熱處理的熱處理溫度為700-1280℃，較佳地為750-1200℃，更佳地為800-1100℃，最佳地為900-1050℃。

在另一優(yōu)選例中，步驟2)從室溫加熱到所述熱處理溫度的加熱速率為1-50℃/min，較佳地為5-40℃/min，更佳地為8-30℃/min。

b)步驟2)加熱處理在所述熱處理溫度的熱處理時(shí)間為1-300min；

在另一優(yōu)選例中，步驟2)加熱處理在所述熱處理溫度的熱處理時(shí)間為5-200min，較佳地為15-150min，更佳地為20-120min，最佳地為40-60min。

在另一優(yōu)選例中，步驟2)所述加熱為分步加熱，所述分步加熱包括：

c-1)以第一升溫速率升溫到第一溫度；和

c-2)以第二升溫速率從第一溫度升高到熱處理溫度。

在另一優(yōu)選例中，所述第一升溫速率為3-20℃/min。

在另一優(yōu)選例中，所述第二升溫速率為20-50℃/min。

本發(fā)明的第三方面，提供了一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體或由本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體制成。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料選自下組：砂輪、銑刀、切刀、鉆頭、切割片。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料含有金屬基體和復(fù)合于所述金屬基體表面的本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體。

在另一優(yōu)選例中，所述金屬基體選自下組：鎳基合金、鈦基合金、銅基合金、鐵基合金、或其組合。

本發(fā)明的第四方面，提供了一種本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合體的用途，用于制備選自下組的復(fù)合材料：銑刀、切刀、砂輪、鉆頭、切割片。

應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得復(fù)合體1的SEM圖像。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得復(fù)合體1的EDS圖像。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所得復(fù)合體1的XRD圖像。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2所得復(fù)合體2的SEM圖像。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例2所得復(fù)合體2的EDS圖像。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例3所得復(fù)合體3的SEM圖像。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例3所得復(fù)合體3的EDS圖像。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例4所得復(fù)合體4的SEM圖像。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例5所得復(fù)合體5的SEM圖像。

圖10是本發(fā)明對(duì)比例1所得復(fù)合體C1的SEM圖像。

圖11是本發(fā)明對(duì)比例2所得復(fù)合體C2的SEM圖像。

圖12是本發(fā)明對(duì)比例3所得復(fù)合體C3的SEM圖像。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明人經(jīng)過長期而深入的研究，首次意外地發(fā)現(xiàn)將鹽浴鍍方法應(yīng)用到立方氮化硼的表面處理中可制備得到一種鍍層與立方氮化硼胚體之間結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異且鍍層厚度特別均勻的立方氮化硼復(fù)合體。具體地，本發(fā)明人采用特定的鍍層組成和特定的鍍覆工藝可制備得到一種鍍層與立方氮化硼胚體之間結(jié)合性能優(yōu)異的立方氮化硼復(fù)合體，使用該復(fù)合體與金屬基體制備的切磨器件中立方氮化硼復(fù)合體與金屬基體之間的結(jié)合性能得到極大的提高。此外，所述復(fù)合體的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)化、成本低、無污染、適于大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，以所述立方氮化硼復(fù)合體制備的切磨器件可極大地提高立方氮化硼制品的質(zhì)量和壽命。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人完成了本發(fā)明。

術(shù)語

如本文所用，術(shù)語“立方氮化硼復(fù)合體”或者“復(fù)合體”可互換使用，均指包括：

1)作為內(nèi)核的立方氮化硼；和

2)復(fù)合于所述立方氮化硼內(nèi)核外表面的表面鍍層；其中，

所述表面鍍層包括復(fù)合于所述立方氮化硼內(nèi)核外表面的第一鍍層和復(fù)合于所述第一鍍層外表面的第二鍍層，其中，

所述第一鍍層含有氮鈦化合物；

所述第二鍍層為鈦基鍍層。

復(fù)合體

本發(fā)明提供了一種立方氮化硼復(fù)合體，所述復(fù)合體包括：

1)作為內(nèi)核的立方氮化硼；和

2)復(fù)合于所述立方氮化硼內(nèi)核外表面的表面鍍層；其中，

所述表面鍍層包括復(fù)合于所述立方氮化硼內(nèi)核外表面的第一鍍層和復(fù)合于所述第一鍍層外表面的第二鍍層，其中，

所述第一鍍層含有氮鈦化合物；

所述第二鍍層為鈦基鍍層。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合為化學(xué)鍵合。

在本發(fā)明中，所述表面鍍層的厚度、所述第一鍍層的厚度、所述第二鍍層的厚度和所述立方氮化硼內(nèi)核的粒徑和形狀沒有特別限制，可根據(jù)實(shí)際需要在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

通常，所述表面鍍層的厚度為10nm-1000μm；和/或

所述第一鍍層的厚度為10nm－500um；和/或

所述第二鍍層的厚度為10nm－500um。

典型地，所述表面鍍層的厚度為100nm-500μm，較佳地為1um-200um，更佳地為100um-200um。

典型地，所述第一鍍層的厚度為10nm－500um，較佳地為1um-500um，更佳地為100um-200um。

典型地，所述第二鍍層的厚度為10nm－500um，較佳地為1um-500um，更佳地為100um-200um。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層位于所述立方氮化硼內(nèi)核和所述第二鍍層之間。

應(yīng)理解，所述表面鍍層的厚度和/或所述第一鍍層的厚度和/或所述第二鍍層的厚度均勻。

在另一優(yōu)選例中，所述“厚度均勻”是指在所述復(fù)合體任一位置處所述表面鍍層的厚度與在所述復(fù)合體中所述表面鍍層的平均厚度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。

在另一優(yōu)選例中，所述“厚度均勻”是指在所述復(fù)合體任一位置處所述第一鍍層的厚度與在所述復(fù)合體中所述第一鍍層的平均厚度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。

在另一優(yōu)選例中，所述“厚度均勻”是指在所述復(fù)合體任一位置處所述第二鍍層的厚度與在所述復(fù)合體中所述第二鍍層的平均厚度的比值為0.7-1.3，較佳地為0.8-1.2，更佳地為0.9-1.1。

代表性地，所述立方氮化硼的形狀包括(但并不限于)：顆粒狀、薄膜狀、塊狀、條狀、柱狀。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼為顆粒狀。

典型地，所述顆粒狀立方氮化硼的粒徑為10nm-10000μm，較佳地為100nm-5000μm，更佳地為1um-3000μm，最佳地為20um-1000μm。

代表性地，所述立方氮化硼包括(但并不限于)：?jiǎn)尉Я⒎降?、多晶立方氮化硼、聚晶立方氮化硼?/p>

典型地，所述復(fù)合體為顆粒狀。

在本發(fā)明中，所述復(fù)合體的粒徑?jīng)]有特別限制，可根據(jù)實(shí)際需要在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

通常，所述復(fù)合體的粒徑為10nm－10000μm，較佳地為20nm-8000μm，更佳地為100nm-5000μm，最佳地為1-3000μm。

典型地，所述復(fù)合體的粒徑為10－1000μm，較佳地為20-800μm，更佳地為25-500μm，最佳地為30-300μm。

在本發(fā)明中，所述第一鍍層中鈦含量≥50wt％；和/或

所述第二鍍層中鈦含量≥90wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述表面鍍層中鈦含量≥55wt％，較佳地≥60wt％，更佳地≥65wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中還含有硼鈦化合物。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中硼鈦化合物和氮鈦化合物的重量比為0.5－2.5：1－5，較佳地為0.5－2：1－3，更佳地為0.75－1.25：2－3。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鈦含量≥90wt％，較佳地≥95wt％，更佳地≥97wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中90wt％≥鈦含量≥50wt％，較佳地80wt％≥鈦含量≥60wt％，更佳地75wt％≥鈦含量≥65wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中30wt％≥氮含量≥1wt％，較佳地20wt％≥氮含量≥10wt％，更佳地18wt％≥氮含量≥12wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第一鍍層中25wt％≥硼含量≥1wt％，較佳地15wt％≥硼含量≥8wt％，更佳地15wt％≥硼含量≥10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述鈦基鍍層為含鈦納米鍍層。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦納米鍍層還含有包括(但并不限于)的元素：銅、鋅、鎳、鋁、鈷、硼、硅、鉻、氧、氮、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中銅含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－12.5wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鋅含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鎳含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－5wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鋁含量為0－25wt％，較佳地0.1－20wt％，更佳地0.5－15wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鈷含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－5wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中硼含量為0－10wt％，較佳地0.1－5wt％， 更佳地0.5－1wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中硅含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中鉻含量為0－25wt％，較佳地0.1－15wt％，更佳地0.5－10wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述第二鍍層中氮含量為0－10wt％，較佳地0.1－5wt％，更佳地0.5－1wt％。

在本發(fā)明中，所述表面鍍層與所述立方氮化硼內(nèi)核之間的結(jié)合強(qiáng)度為20－500MPa；

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合體是采用本發(fā)明第二方面的方法制備的。

制法

本發(fā)明還提供了一種所述的復(fù)合體的制備方法，包括步驟：

1)提供一混合物，所述混合物含有立方氮化硼、鹽和含鈦鍍層原料；

2)將所述混合物置于鹽浴爐中，進(jìn)行加熱處理，得到所述的復(fù)合體。

在本發(fā)明中，所述制備過程的氣氛、壓力沒有特別限制，可根據(jù)實(shí)際需要在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

典型地，步驟2)在包括(但并不限于)下組的氣氛下進(jìn)行：真空氣氛、惰性氣氛、還原氣氛。

典型地，所述真空氣氛的真空度為10^-5-10³Pa，較佳地為10^-4-10²Pa，更佳地為10^-3-10^-1Pa。

代表性地，所述惰性氣氛的惰性氣體包括(但并不限于)：氦氣、氬氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氮?dú)狻?/p>

優(yōu)選地，所述還原氣氛的還原氣為氫氣。

通常，在步驟2)之后還包括如下步驟：

2-1)將步驟2)所得產(chǎn)物冷卻到室溫，獲得所述的復(fù)合體。

在另一優(yōu)選例中，所述冷卻的降溫速率為2-12℃/min，較佳地為2-10℃/min，更佳地為2-8℃/min。

在另一優(yōu)選例中，在步驟2)之后還任選地包括如下步驟：

3)清洗步驟2)所得產(chǎn)物；

4)干燥步驟3)所得產(chǎn)物，制得所述的復(fù)合體。

在另一優(yōu)選例中，步驟3)所述清洗的清洗溶劑為水。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼的形狀包括(但并不限于)：顆粒狀、薄膜狀、塊狀、條狀、柱狀。

在另一優(yōu)選例中，所述立方氮化硼為顆粒狀。

在另一優(yōu)選例中，所述顆粒狀立方氮化硼的粒徑為10nm-10000μm，較佳地為100nm-5000μm，更佳地為1-3000μm，最佳地為20-1000μm。

通常，所述立方氮化硼包括(但并不限于)：?jiǎn)尉Я⒎降稹⒍嗑Я⒎降?、聚晶立方氮化硼?/p>

在另一優(yōu)選例中，步驟1)所述混合物中還含有溶劑。

在另一優(yōu)選例中，所述溶劑在高溫下易揮發(fā)。

通常，所述溶劑包括(但并不限于)：無水乙醇、丙酮、甲醇、去離子水、或其組合。

在本發(fā)明所述混合物中，各組分的熔點(diǎn)關(guān)系為：立方氮化硼≥含鈦鍍層原料≥鹽，從而保證含鈦鍍層原料能夠均勻地分布于立方氮化硼表面，有效地發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)。

通常，所述立方氮化硼的熔點(diǎn)高于2000℃；所述含鈦鍍層原料的熔點(diǎn)在1200℃-2000℃之間，較佳地，在1400℃-1800℃之間，更佳地，在1500℃-1700℃之間。

通常，所述鹽的熔點(diǎn)≤1500℃。

典型地，所述鹽的熔點(diǎn)≤1380℃，較佳地≤1180℃，更佳地≤1000℃，最佳地≤800℃。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽在高溫下溶化充當(dāng)溶劑。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽不參與所述方法中的化學(xué)反應(yīng)。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽在常溫(約10-45℃)下易溶于水，使得在鹽浴鍍處理完成后可非常簡(jiǎn)便地通過水洗就可去除掉所述復(fù)合體上殘留的雜質(zhì)。

在本發(fā)明中，所述鹽中金屬元素的種類和所述鹽的種類沒有特別限制，可根據(jù)實(shí)際需要在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

代表性地，所述鹽中金屬元素包括(但并不限于)：鉀、鈉、鈣、或其組合。

代表性地，所述金屬元素的鹽包括(但并不限于)：鹽酸鹽、硫酸鹽、或其組合。

典型地，所述金屬元素的鹽優(yōu)選為鹽酸鹽。

代表性地，所述鹽包括(但并不限于)：氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽為粉末狀。

在另一優(yōu)選例中，所述鹽為晶體或非晶體。

通常，所述含鈦鍍層原料包括(但并不限于)：鈦粉、鈦粉與金屬粉的混合物、含鈦二元合金粉、含鈦三元合金粉、或其組合。

代表性地，所述金屬粉包括(但并不限于)：銅粉、鋅粉、鎳粉、鋁粉、鈷粉、硼粉、硅粉、鉻粉或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述鈦粉與金屬粉的混合物中鈦粉含量≥50wt％，較佳地≥75wt％，更佳地≥85wt％。

通常，所述含鈦二元合金包括(但并不限于)：鈦銅合金、鈦鋅合金、鈦鎳合金、鈦鋁合金、鈦鈷合金、鈦硼合金、鈦硅合金、鈦鉻合金、鈦鎂合金或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦二元合金中鈦含量≥50wt％，較佳地≥75wt％，更佳地≥85wt％。

通常，所述含鈦三元合金包括(但并不限于)：鈦銅鋅合金、鈦鎳硅合金、鈦鋁硼合金、鈦鈷鎳合金、鈦鈷銅合金、鈦鋁鋅合金、鈦鋁銅合金、鈦鋁硼合金或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦三元合金中鈦含量≥50wt％，較佳地≥75wt％，更佳地≥85wt％。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦鍍層原料為粉末狀。

在另一優(yōu)選例中，所述含鈦鍍層原料的粒徑為1-100000nm，較佳地為10-10000nm，更佳地為100-5000nm。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物中鹽和含鈦鍍層原料的重量比為1－100：1。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物中鹽和含鈦鍍層原料的重量比為1－50：1，較佳地為1-20：1，更佳地為1-10：1。

在另一優(yōu)選例中，所述混合物中立方氮化硼和鹽的重量比為1－100：1－100，較佳地為1-50：1-50，更佳地為1-20：1－10。

在本發(fā)明中，按所述混合物的總重量計(jì)，所述立方氮化硼的重量分?jǐn)?shù)為4.76wt％－90.90wt％；和/或

所述鹽的重量分?jǐn)?shù)為4.55wt％－83.33wt％；和/或

所述含鈦鍍層原料的重量分?jǐn)?shù)為1wt％－33.33wt％。

在另一優(yōu)選例中，按所述混合物的總重量計(jì)，所述立方氮化硼的重量分?jǐn)?shù)為5wt％－90wt％，較佳地為10wt％－80wt％，更佳地為20wt％－70wt％。

在另一優(yōu)選例中，按所述混合物的總重量計(jì)，所述鹽的重量分?jǐn)?shù)為5－80wt％，較佳地為10－70wt％，更佳地為20－60wt％。

在另一優(yōu)選例中，按所述混合物的總重量計(jì)，所述含鈦鍍層原料的重量分?jǐn)?shù)為1－30wt％，較佳地為1－25wt％，更佳地為1－20wt％。

應(yīng)理解，在本發(fā)明中，所述混合物組分中，鈦鍍層原料重量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于鹽重量份數(shù)，鈦鍍層重量份數(shù)過高可能導(dǎo)致所述立方氮化硼復(fù)合體的鍍層厚度不均勻，甚至在立方氮化硼顆粒之間出現(xiàn)粘連現(xiàn)象；所述鈦鍍層原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于所述立方氮化硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，所述鈦鍍層質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高可能導(dǎo)致本發(fā)明所述立方氮化硼復(fù)合體的鍍層厚度過大，鍍層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，降低使用本發(fā)明提供的立方氮化硼制備的器件的性能。

通常，在本發(fā)明中，所述鈦鍍層原料質(zhì)量份數(shù)不應(yīng)小于所述鹽重量份數(shù)的1/50，所述鈦鍍層原料質(zhì)量份數(shù)不應(yīng)小于所述立方氮化硼重量份數(shù)的1/50，所述鈦鍍層原料質(zhì)量份數(shù)過低會(huì)導(dǎo)致本發(fā)明提供的立方氮化硼復(fù)合體的鍍層含量過低，這會(huì)使得在使用本發(fā)明提供的立方氮化硼制備器件過程中所述復(fù)合體無法有效地與坯體發(fā)生反應(yīng)。

在本發(fā)明中，所述方法具有選自下組的一個(gè)或多個(gè)特征：

a)步驟2)加熱處理的熱處理溫度為600-1380℃；

在另一優(yōu)選例中，步驟2)加熱處理的熱處理溫度為700-1280℃，較佳地為750-1200℃，更佳地為800-1100℃，最佳地為900-1050℃。

在另一優(yōu)選例中，步驟2)從室溫加熱到所述熱處理溫度的加熱速率為1-50℃/min，較佳地為5-40℃/min，更佳地為8-30℃/min。

b)步驟2)加熱處理在所述熱處理溫度的熱處理時(shí)間為1-300min；

在另一優(yōu)選例中，步驟2)加熱處理在所述熱處理溫度的熱處理時(shí)間為5-200min，較佳地為15-150min，更佳地為20-120min，最佳地為40-60min。

在另一優(yōu)選例中，步驟2)所述加熱為分步加熱，所述分步加熱包括：

c-1)以第一升溫速率升溫到第一溫度；和

c-2)以第二升溫速率從第一溫度升高到熱處理溫度。

在另一優(yōu)選例中，所述第一升溫速率為3-20℃/min。

在另一優(yōu)選例中，所述第二升溫速率為20-50℃/min。

應(yīng)用

本發(fā)明還提供了一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含所述的復(fù)合體或由所述的復(fù)合體制成。

代表性地，所述復(fù)合材料包括(但并不限于)：砂輪、銑刀、切刀、鉆頭、切割片。

在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料含有金屬基體和復(fù)合于所述金屬基體表面的所述的復(fù)合體。

代表性地，所述金屬基體包括(但并不限于)：鎳基合金、鈦基合金、銅基合金、鐵基合金、或其組合。

本發(fā)明還提供了所述的復(fù)合體的用途，用于制備包括(但并不限于)的復(fù)合材料：銑刀、切刀、砂輪、鉆頭、切割片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)所述復(fù)合體中表面鍍層厚度均勻，且所述表面鍍層與立方氮化硼內(nèi)核具有高的結(jié)合強(qiáng)度；

(2)所述立方氮化硼復(fù)合體具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能；

(3)以所述立方氮化硼復(fù)合體與金屬基體結(jié)合制備的復(fù)合材料中復(fù)合體與金屬基體之間具有優(yōu)異的結(jié)合強(qiáng)度，且復(fù)合體與金屬基體之間具有優(yōu)異的浸潤性能；

(4)所述立方氮化硼復(fù)合體的制備方法具有設(shè)備簡(jiǎn)化、工藝簡(jiǎn)單、成本低、無污染、適于大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)按重量計(jì)算。

除非另行定義，文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。文中所述的較佳實(shí)施方法與材料僅作示范之用。

實(shí)施例1 復(fù)合體1

將平均粒徑為100μm的立方氮化硼(cBN)、粉末狀氯化鈣、粉末狀高純鈦(純度為99.9％)以質(zhì)量比為5:10:2的比例混合均勻。將混合料放入鹽浴爐中抽真空至真空度約為10^-2帕斯卡，然后以20℃/min的升溫速率加熱至1000℃保溫30min，隨爐冷卻至室溫，用水洗凈，干燥，獲得復(fù)合體1。

結(jié)果

對(duì)實(shí)施例1所制得的復(fù)合體1進(jìn)行SEM、XRD、EDS和結(jié)合力性能等測(cè)試。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得復(fù)合體1的SEM圖像。從圖1可以看出，所述復(fù)合體1在立方氮化硼表面具有均勻包覆的鍍層。據(jù)測(cè)算，所述鍍層的厚度約為200nm，所述復(fù)合體的粒徑約為100μm。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得復(fù)合體1的EDS圖像。從圖2可以看出，復(fù)合體表面鍍層主要為鈦基鍍層。

經(jīng)測(cè)算，表面鍍層中鈦含量約為70wt％。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所得復(fù)合體1的XRD圖像。從圖3可以看出，復(fù)合體1表面的鈦基鍍層主要成分是TiN，這表明立方氮化硼內(nèi)核與表面鍍層之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，兩者之間為化學(xué)鍵結(jié)合。

經(jīng)測(cè)算，所述復(fù)合體1中，表面鍍層與立方氮化硼內(nèi)核的結(jié)合強(qiáng)度約為200MPa。

實(shí)施例2 復(fù)合體2

將粒徑為100μm左右的cBN、晶體狀氯化鈉、粉末狀鈦鎳合金(含鈦量為60wt％)以質(zhì)量比為10:5:1的比例混合均勻。將混合料放入鹽浴爐中抽真空至真空度約為10^-2帕斯卡，然后以20℃/min的升溫速率加熱至1000℃保溫30min，以5℃/min的降溫速率降至室溫，用水洗凈，干燥，獲得復(fù)合體2。

結(jié)果

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2所得復(fù)合體2的SEM圖像。從圖4可以看出，所述復(fù)合體2在復(fù)合體表面具有均勻包覆的鍍層。據(jù)測(cè)算，所述表面鍍層的厚度約在170-350nm之間，所述復(fù)合體的粒徑為100μm。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例2所得復(fù)合體2的EDS圖像。從圖5可以看出，復(fù)合體2表面鍍層主要是鈦基含鎳鍍層。經(jīng)測(cè)算，所述表面鍍層中鈦含量約為60wt％，鎳含量約為10wt％。

實(shí)施例3 復(fù)合體3

將粒徑為100μm左右的cBN、晶體狀氯化鈉、粉末狀高純鈦鋁混合粉(含鈦量為60wt％)以質(zhì)量比為3:2:1的比例混合均勻。將混合料放入鹽浴爐中抽真空至真空度約為10^-2帕斯卡，然后充入氮?dú)?，氣體壓力為1Pa-120kPa,以5℃/min的升溫速率加熱至1000℃保溫30min，隨爐冷卻至室溫，用水洗凈，干燥，獲得復(fù)合體3。

結(jié)果

圖6是本發(fā)明實(shí)施例3所得復(fù)合體3的SEM圖像。從圖6可以看出，所述復(fù)合體3在立方氮化硼表面具有均勻包覆的鍍層。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例3所得復(fù)合體3的EDS圖像。從圖7可以看出，所述復(fù)合體3鍍層主要為鈦基含鋁鍍層。經(jīng)測(cè)算，所述鍍層中鈦含量約為65wt％，鋁含量約為2wt％。

實(shí)施例4 復(fù)合體4

將尺寸為5mm*10mm*10mm的塊狀PcBN放入晶體狀氯化鈉和粉末狀高純鈦(高純鈦含量為60wt％)的混合物中，混合物中晶體狀氯化鈉和粉末狀高純鈦 的質(zhì)量比為2:1。將混合料放入鹽浴爐中抽真空至真空度約為10^-2帕斯卡，然后以10℃/min的升溫速率加熱至1000℃保溫30min，隨爐冷卻至室溫，用水洗凈，干燥，獲得復(fù)合體4。

結(jié)果

圖8是本發(fā)明實(shí)施例4所得復(fù)合體4的SEM圖像。從圖8可以看出，所述復(fù)合體4在PcBN表面具有均勻包覆的鍍層。

由復(fù)合體4為超硬材料制備成的PcBN刀具與坯體的結(jié)合力顯著高于未經(jīng)處理的PcBN制成的刀具。

實(shí)施例5 復(fù)合體5

同實(shí)施例2，區(qū)別在于：降溫速率為2℃/min。

結(jié)果

圖9是本發(fā)明實(shí)施例5所得復(fù)合體5的SEM圖像。從圖9可以看出，所述復(fù)合體5在復(fù)合體表面具有均勻、包覆的鍍層。對(duì)比實(shí)施例2的SEM圖像可以發(fā)現(xiàn)，在降溫速率較慢時(shí)，復(fù)合體中立方氮化硼表面的鍍層厚度更加均勻。

對(duì)比例1 復(fù)合體C1

同實(shí)施例2，區(qū)別在于：降溫速率為15℃/min

結(jié)果

圖10是本發(fā)明對(duì)比例1所得復(fù)合體C1的SEM圖像。從圖10可以看出，所述復(fù)合體C1在復(fù)合體表面具有塊狀不連續(xù)包覆的鍍層。

對(duì)比實(shí)施例2的SEM圖像可以發(fā)現(xiàn)，在降溫速率較快時(shí)，復(fù)合體中立方氮化硼表面的鍍層易發(fā)生開裂、脫落。

對(duì)比例2 復(fù)合體C2

同實(shí)施例2，區(qū)別在于：含鈦鍍層原料中鈦含量為30wt％。

結(jié)果

圖11是本發(fā)明對(duì)比例2所得復(fù)合體C2的SEM圖像。對(duì)比實(shí)施例2的SEM圖像可以發(fā)現(xiàn)，所述復(fù)合體C2中在復(fù)合體表面的鍍層厚度不均勻，致密度較低，部分區(qū)域幾乎無鍍層。

對(duì)比例3 復(fù)合體C3

同實(shí)施例2，區(qū)別在于：鹽和含鈦鍍層原料的重量比為1：2。

結(jié)果

圖12為對(duì)比例3所得復(fù)合體C3的SEM圖像。從圖12可以看出，復(fù)合體C3表面特別是邊緣部分鍍層的結(jié)合效果差，高倍圖像顯示復(fù)合體C3鍍層均勻性遠(yuǎn)不及實(shí)施例2所得的復(fù)合體2。

對(duì)比例4 復(fù)合體C4

采用化學(xué)鍍方法制得復(fù)合體C4，復(fù)合體C4的表面鈦層與cBN內(nèi)核的結(jié)合方式為機(jī)械咬合；本發(fā)明提供復(fù)合體的鍍層通過化學(xué)冶金反應(yīng)獲得，含鈦鍍層與內(nèi)核之間通過化學(xué)鍵結(jié)合，結(jié)合性能遠(yuǎn)好于復(fù)合體C4。

實(shí)施例6 復(fù)合材料1

將實(shí)施例5制得的復(fù)合體5與銅基坯體結(jié)合制備復(fù)合材料1。

結(jié)果

相較于未經(jīng)處理的立方氮化硼制成的衍磨條，實(shí)施例6所得的復(fù)合材料1的衍磨條切削效率和使用壽命都有大幅提高，其中，衍磨條切削效率提高50％以上，使用壽命提高60％以上。

綜上所述，本發(fā)明采用鹽浴鍍方法制備得到一種表面鍍層和立方氮化硼內(nèi)核之間良好結(jié)合且表面鍍層厚度均勻的立方氮化硼復(fù)合體，所述復(fù)合體與金屬基體結(jié)合后可制備得到一種復(fù)合體與金屬基體結(jié)合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。所述 制備復(fù)合體的方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)化、成本低、無污染且適宜大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，所制得的復(fù)合體具有極高的質(zhì)量，從而使得使用所述復(fù)合體與金屬基體結(jié)合制備的復(fù)合材料也具有非常高的質(zhì)量，尤其是金屬基體對(duì)復(fù)合體具有極高的把持力。

在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。