專利名稱：自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(pcbn)切割元件和形成自燒結(jié)pcbn切割元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及具有高cBN含量和可通過放電機(jī)加工(EDM)切割的立方氮化硼(cBN)切割元件。
背景技術(shù)：
由立方氮化硼(cBN)制得的燒結(jié)復(fù)合片(sintered compact)被用在切割工具中并以其優(yōu)良的耐磨性著稱。為了形成這種復(fù)合片，將cBN顆粒在高壓和高溫下燒結(jié)(HPHT燒結(jié))以產(chǎn)生多晶立方氮化硼(PCBN)結(jié)構(gòu)。可以在基材材料存在下HPHT燒結(jié)cBN顆粒，其提供了從基材滲入cBN層并幫助PCBN的形成和cBN晶粒之間的晶間結(jié)合的金屬催化劑。作為替代，可以在不存在基材的情況下HPHT燒結(jié)cBN顆粒，在該情況中所得的PCBN復(fù)合片可以被描述為“固體的”或者“自燒結(jié)的”或者“獨(dú)立式的(free-standing)”。可以將催化劑/粘結(jié)劑物質(zhì)與cBN顆粒在燒結(jié)之前混合以促進(jìn)在HPHT燒結(jié)期間PCBN結(jié)構(gòu)的形成，或者可以將催化劑/粘結(jié)劑物質(zhì)與cBN顆粒相鄰設(shè)置。在沒有基材的情況下燒結(jié)可以是有利的，因?yàn)榛牟粫?huì)占據(jù)高壓壓機(jī)內(nèi)有價(jià)值的工作區(qū)，并且工作區(qū)可以被cBN混合物完全占據(jù)。作為實(shí)例，高壓壓機(jī)可以具有約50cm3的工作體積。另外，催化劑/粘結(jié)劑物質(zhì)可以被均勻地混合遍布整個(gè)cBN混合物，而不是從基材滲入cBN層，因此自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片可以具有更均勻的組成和材料性質(zhì)。然而，用于自燒結(jié)的已知催化劑/粘結(jié)劑物質(zhì)產(chǎn)生本質(zhì)上為陶瓷的(介電)并且不導(dǎo)電的PCBN復(fù)合片。因此，這樣的自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片不能通過放電機(jī)加工(EDM)來切害I]。燒結(jié)后，常常有必要將燒結(jié)的PCBN復(fù)合片切割成用于特定切割工具的希望的形狀。通過EDM切割在多個(gè)應(yīng)用中是有利的，因?yàn)镋DM切割可以降低工具處理成本和允許生產(chǎn)更精準(zhǔn)的幾何形狀。激光切割工藝可能產(chǎn)生較不均勻的表面光潔度和較不平坦(即平面)或者垂直的切割表面，從而另外導(dǎo)致附加的精加工成本。激光切割工藝還可以導(dǎo)致熱損傷。然而，EDM切割要求被切割的材料是導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的。用于形成自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的粘結(jié)劑材料以前典型地是不導(dǎo)電的，因此所得的PCBN復(fù)合片不能通過EDM切割。例如，已經(jīng)用于形成自燒結(jié)PCBN的一種粘結(jié)劑前體材料是鋁。在HPHT燒結(jié)之后所得的自燒結(jié)PCBN復(fù)合片具有在PCBN晶粒之間的鋁陶瓷粘結(jié)劑相。這種鋁陶瓷粘結(jié)劑相是非導(dǎo)電的。過去曾嘗試了具有其它類型粘結(jié)劑相的PCBN復(fù)合片，但是這些復(fù)合片典型地局限于低cBN含量，是不可EDM切割的，和/或不具有用于預(yù)期應(yīng)用的足夠的硬度和強(qiáng)度性質(zhì)。因此仍然存在對(duì)具有導(dǎo)電或半導(dǎo)電陶瓷粘結(jié)劑相的高cBN含量的自燒結(jié)PCBN復(fù)合片的需求，這種復(fù)合片是可EDM切割的，具有用于預(yù)期應(yīng)用的希望的材料性質(zhì)。概述本公開涉及具有高cBN含量、是自燒結(jié)的，并且是可通過放電機(jī)加工(EDM)切割的立方氮化硼(cBN)切割元件。在一個(gè)實(shí)施方案中，切割元件包括自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(PCBN)復(fù)合片，該復(fù)合片包含立方氮化硼顆粒的第一相和含有鈦化合物的陶瓷粘結(jié)劑相。第一相占自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的體積的大于80%。自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有足以通過放電機(jī)加工可切割的電導(dǎo)率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的切割元件包括自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(PCBN)復(fù)合片，該復(fù)合片具有第一立方氮化硼(cBN)顆粒相和含有鈦化合物的陶瓷粘結(jié)劑相。第一相占自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的大于80%體積。自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有足以通過放電機(jī)加工可切割的電導(dǎo)率。在另一實(shí)施方案中，提供了形成自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(PCBN)切割元件的方法。該方法包括將多個(gè)cBN顆粒與粘結(jié)劑前體混合以形成混合物?；旌衔锇笥?0體積％的cBN顆粒。該方法還包括在沒有基材支撐的情況下將混合物HPHT燒結(jié)，以形成自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片，和通過放電機(jī)加工切割該自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片。附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案，用于HPHT燒結(jié)的cBN顆粒和粘結(jié)劑前體的混合物的代表。圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)的多晶結(jié)構(gòu)。圖3是形成根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的自燒結(jié)的可EDM切割的PCBN復(fù)合片的方法的流程圖。圖4是顯示包括根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的復(fù)合片的若干PCBN復(fù)合片的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖5是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案，頂端裝有切割自PCBN復(fù)合片的部件的切割工具插入物。發(fā)明詳述本公開涉及具有高cBN含量并且可通過放電機(jī)加工(EDM)切割的自燒結(jié)PCBN復(fù)合片。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)PCBN復(fù)合片包括高cBN含量和提供用于燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的優(yōu)良材料性質(zhì)和還使得復(fù)合片能夠通過EDM切割的半導(dǎo)電或者導(dǎo)電的粘結(jié)劑相。燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有足夠的電導(dǎo)率以使其可以通過EDM切割成切割插入物形狀(例如通過EDM切割成具有特定的厚度或者希望的表面幾何形狀的切割插入物)。在圖1-2中說明了本公開的一個(gè)實(shí)施方案。圖1顯示了包括由具有希望的尺寸或者尺寸范圍的cBN顆粒組成的cBN混合物12的粉末混合物10。cBN混合物12還包含與cBN顆粒均勻混合的粘結(jié)劑前體14。粘結(jié)劑前體14包含有助于在HPHT燒結(jié)期間形成PCBN的催化劑/粘結(jié)劑物質(zhì)。如圖1說明的，cBN和前體混合物10被放入高壓壓機(jī)中，并在高溫和高壓下被燒結(jié)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，在3-6.5GPa的壓力下于1300-1500°C的升高的溫度下壓制粉末混合物10。這種HPHT燒結(jié)工藝產(chǎn)生具有晶間結(jié)合cBN晶粒16的網(wǎng)絡(luò)的多晶結(jié)構(gòu)，其中形成粘結(jié)劑相18的前體物質(zhì)保留在結(jié)合的PCBN晶粒16之間的空隙或者間隙內(nèi)，如例如圖2所示的。在HPHT燒結(jié)之后，燒結(jié)的PCBN復(fù)合片可以被切成用于特定切割工具例如通過EDM切割的希望的形狀。EDM切割工藝依賴于一定比例的PCBN復(fù)合片(其為導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的)。EDM也可以被稱作線EDM，電火花切割，電火花燒蝕，或者線燒蝕。EDM切割通過借助放電或者電火花除去物質(zhì)而工作。在施加的高電壓下，在電極和被切割物體之間通過一系列電流放電，從而導(dǎo)致少量物質(zhì)被除去。這種工藝采用導(dǎo)電的或者至少半導(dǎo)電的物質(zhì)進(jìn)行工作。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供具有高cBN含量和導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的粘結(jié)劑相18的自燒結(jié)PCBN復(fù)合片。通過HPHT燒結(jié)cBN粉末12和粘結(jié)劑前體14的混合物來形成PCBN復(fù)合片。粉末混合物包括高cBN含量，例如約80%體積的cBN，或者高于80%體積的cBN，或者約81%體積，或者高于81%體積，或者約85%體積，或者高于85%體積，或者80-95%體積，或者85-95%體積。在一個(gè)實(shí)施方案中，粉末混合物包含約85%體積的cBN。在一個(gè)實(shí)施方案中，cBN顆粒具有約12-22微米的尺寸，這對(duì)于形成用作用于在金屬切割中的高材料除去速率和攪拌摩擦焊接的坯件的PCBN復(fù)合片而言是有用的。在另一實(shí)施方案中，cBN顆粒具有約1-2微米的尺寸，這對(duì)于形成用在以精細(xì)表面精加工來機(jī)加工金屬中的PCBN復(fù)合片而言是有用的。在另一實(shí)施方案中，cBN顆粒的尺寸為2-4微米，在另一實(shí)施方案中它們的尺寸是亞微米級(jí)的(即在0-1微米的范圍內(nèi))。在另一實(shí)施方案中，cBN顆粒的尺寸為3-6微米，在另一實(shí)施方案中cBN顆粒的尺寸為6-12微米。根據(jù)應(yīng)用，可以采用其它c(diǎn)BN顆粒尺寸和尺寸范圍。本文給出的cBN顆粒的尺寸范圍是根據(jù)ANSI B74 20標(biāo)準(zhǔn)的。例如，2-4微米的范圍是指D5 (顆粒的5%)具有最小顆粒尺寸2微米和D95 (顆粒的95%)具有最大顆粒尺寸4微米。因此，小于5%的顆粒的尺寸小于2微米，和小于5%的顆粒的尺寸大于4微米。粘結(jié)劑前體占據(jù)粉末混合物的殘留體積百分比，例如小于20%體積，或者小于15%體積，這取決于cBN的量。選擇粘結(jié)劑前體14以使得所得的粘結(jié)劑相18是導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的。在一個(gè)實(shí)施方案中，粘結(jié)劑前體包括鈦(Ti)。特別地，在一個(gè)實(shí)施方案中，粘結(jié)劑前體是碳化鈦鋁(Ti3AlC)15在一個(gè)實(shí)施方案中，前體化合物被研磨至亞微米尺寸的粉末顆粒(即，具有小于I微米的平均尺寸的顆粒)和然后與cBN顆粒共混。在一個(gè)實(shí)施方案中，將粘結(jié)劑前體中的氧含量保持在低水平，例如小于(粘結(jié)劑重量的)5重量％。低氧含量促進(jìn)在HPHT燒結(jié)期間物質(zhì)之間的更好結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施方案中，cBN和粘結(jié)劑前體混合物包含85%體積的2_4微米的cBN顆粒和15%體積的亞微米尺寸的Ti3AlC顆粒。粘結(jié)劑前體14的其它選擇包括Ti2AlC和Ti2_3AlN。在一個(gè)實(shí)施方案中，粘結(jié)劑前體包含以下的一種或多種:Ti3AlC、或Ti3AlN、或Ti2AlC、或TizAlN(其中z=2或3)。盡管以痕量存在(典型地低于1%體積)，Ti3AlN可能是不可檢測(cè)到的。粘結(jié)劑前體可以通過T1、TiC、TiCN、和TiN與鋁的反應(yīng)而合成。在其它實(shí)施方案中，cBN和粘結(jié)劑前體混合物也可以包含0-6%體積的鈷和/或0-2%體積的WC?？梢蕴砑逾捯赃M(jìn)一步改善燒結(jié)期間cBN顆粒重排和致密化，以增大PCBN復(fù)合片的電導(dǎo)率?？梢蕴砑犹蓟u(WC)以增大PCBN復(fù)合片的韌性。然而這些物質(zhì)的添加是任選的。然后在沒有基材支撐的情況下將cBN顆粒和粘結(jié)劑前體顆粒的混合物進(jìn)行HPHT燒結(jié)，以形成具有第一 PCBN相和位于PCBN晶粒之間的第二粘結(jié)劑相的自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片(參見圖2)。自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有高cBN含量，例如高于80%體積的cBN，或者高于81%體積，或者高于85%體積，或者80-95%體積，或者85-95%體積。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片以第一 PCBN相的形式包含約85%體積的cBN。在HPHT燒結(jié)期間，鈦-鋁-碳化物前體與粉末混合物內(nèi)的cBN反應(yīng)和與氧反應(yīng)，并形成構(gòu)成粘結(jié)劑相18的各種化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，前體的組分反應(yīng)以形成碳化鈦(TiC)、碳氮化鈦(TiCxNy)、氮化鈦(TiN)、二硼化鈦(TiB2)、氮化鋁(AlN)、和/或氧化鋁(Al2O3)。在燒結(jié)期間形成這些化合物，而不是直接作為粘結(jié)劑前體物質(zhì)提供的。HPHT燒結(jié)可以被稱作反應(yīng)燒結(jié)，因?yàn)檎辰Y(jié)劑前體在HPHT燒結(jié)期間分解并與cBN顆粒反應(yīng)以形成粘結(jié)劑相化合物。燒結(jié)的粘結(jié)劑相18 (參見圖2)中的這些化合物是通過在HPHT燒結(jié)期間的反應(yīng)而形成的，而不是被提供在前體混合物中的。反應(yīng)燒結(jié)可以促進(jìn)燒結(jié)的物質(zhì)中更好的硬度。例如，用TiCN和Al的粘結(jié)劑前體形成的燒結(jié)體顯示出約3，000kg/mm2的硬度(具有85%體積的cBN)。根據(jù)本文中的一個(gè)實(shí)施方案。用Ti3AlC粘結(jié)劑前體形成的燒結(jié)體顯示出大于3，200kg/mm2的硬度(85%體積的cBN)。在一個(gè)實(shí)施方案中，在HPHT燒結(jié)期間粘結(jié)劑前體完全地與cBN反應(yīng)，以使得前體化合物在HPHT燒結(jié)之后不再存在。前體化合物的組分完全地與cBN顆粒反應(yīng)以形成其它粘結(jié)劑相化合物，例如上文列出的那些。燒結(jié)的PCBN復(fù)合片可以通過X-射線衍射、掃描電子顯微鏡(SEM)或者其它已知的方法來分析以識(shí)別存在的化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)燒結(jié)粘結(jié)劑前體化合物(例如Ti3AlC)在燒結(jié)的PCBN復(fù)合片中不再存在，或者僅以痕量存在(典型地小于1%體積)。所得的粘結(jié)劑相18包括呈反應(yīng)的、燒結(jié)的化合物(碳化鈦，碳氮化鈦、二硼化鈦)形式的鈦。據(jù)信當(dāng)在粘結(jié)劑前體(例如Ti3AlC)中提供鋁時(shí)，該鋁容易與粉末混合物中的氧反應(yīng)，形成Al2O3,并由此導(dǎo)致鈦與cBN顆粒反應(yīng)，形成TiN和TiB2。在一個(gè)實(shí)施方案中，粘結(jié)劑相以氮化鈦和碳化鈦為主導(dǎo)。鈦化合物是半導(dǎo)電的，并且因此粘結(jié)劑相是導(dǎo)電的。因此，具有這種粘結(jié)劑相18的自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片是可EDM切割的從而形成希望的切割插入物形狀。PCBN復(fù)合片的電導(dǎo)率可以通過其電阻來衡量。在一個(gè)實(shí)施方案中，在HPHT燒結(jié)cBN顆粒與鈦-鋁-碳化物粘結(jié)劑前體之后形成的PCBN復(fù)合片具有約0.5X 10_2歐姆-m([Q]-m)的電導(dǎo)率。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片包括小于約0.5X 10_2歐姆-m([Q]-m)的電阻率P。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片包括小于約10_2歐姆-m([Q]-m)的電阻。這種低電阻率使得PCBN復(fù)合片能夠通過EDM切割。電阻率可以使用四點(diǎn)法由EDM切割的條狀物來測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，燒結(jié)的粘結(jié)劑相18不存在單質(zhì)鈦，或者僅包含痕量的單質(zhì)鈦。來自粘結(jié)劑前體的鈦完全地與cBN顆粒反應(yīng)以形成粘結(jié)劑相中的硼化鈦、碳化鈦、和氮化鈦。這些鈦化合物是穩(wěn)定的并且具有用于切割工具的優(yōu)良硬度。另外，它們是半導(dǎo)電的。這種粘結(jié)劑相賦予自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片優(yōu)良的用于切割工具應(yīng)用的材料性質(zhì)，同時(shí)還使得PCBN復(fù)合片成為可EDM-切割的。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有大于3，200kg/mm2的維氏硬度。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有1080MPa的三點(diǎn)平均彎曲強(qiáng)度(以8.3mm的跨距，1.2mm的寬度，和1.0mm的厚度測(cè)試的)。在一個(gè)實(shí)施方案中，粘結(jié)劑前體14與cBN反應(yīng)以形成本質(zhì)上為陶瓷性而不是金屬的粘結(jié)劑相18，從而提供自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片中更大的熱穩(wěn)定性，同時(shí)還提供電導(dǎo)率。在一些應(yīng)用中，金屬粘結(jié)劑相比陶瓷粘結(jié)劑相的熱穩(wěn)定性差。金屬粘結(jié)劑相會(huì)在高溫下膨脹，導(dǎo)致PCBN層內(nèi)的裂化。金屬還更可能與正通過PCBN切割插入物加工的工件材料呈反應(yīng)性。另外，具有金屬粘結(jié)劑相的PCBN復(fù)合片典型地在HPHT燒結(jié)期間依賴于基材以提供金屬滲透劑，因此這些復(fù)合片不是自燒結(jié)的。本文實(shí)施方案的鈦基粘結(jié)劑相18是導(dǎo)電的，但是本質(zhì)上仍然是陶瓷的，從而提供化學(xué)和熱穩(wěn)定性。
鈦成分還提供電導(dǎo)率，以使得自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的粘結(jié)劑相處于通過EDM切割所要求的導(dǎo)電范圍內(nèi)，例如具有低于約10_2歐姆-m([Q]-rn)的電阻率。碳化鈦鋁前體(Tl3AlC)被認(rèn)為提供優(yōu)良的電導(dǎo)率，這是因?yàn)殁伵c鋁的摩爾比為3。因此，與釋放的Al相比將存在更多游離的Ti，然后Ti與cBN粉末反應(yīng)以形成TiB2和TiN化合物。Ti化合物是半導(dǎo)電的，而鋁化合物是不導(dǎo)電的。因此在本文的實(shí)施方案中，粘結(jié)劑相18包含比Al化合物更多的Ti化合物，從而制得可通過EDM切割的燒結(jié)的PCBN。粘結(jié)劑相主導(dǎo)地是氮化鈦和碳化鈦，其形成穿過PCBN結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提供具有足夠的用于EDM切割的電導(dǎo)率的PCBN復(fù)合片。在一個(gè)實(shí)施方案中，自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片中Ti與Al的比例為3，在另一實(shí)施方案中該比例為2。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了形成自燒結(jié)的可EDM切割的PCBN復(fù)合片的方法，如圖3所示的。方法包括將cBN顆粒與粘結(jié)劑前體混合以形成均勻的cBN和前體混合物(112)。cBN顆粒占混合物的至少80%體積，例如約85%體積。以粉末形式提供cBN顆粒和粘結(jié)劑前體并通過合適的混合過程例如球磨混合或者磨機(jī)碾磨將它們混合物在一起。任選地，該方法包括對(duì)cBN和前體混合物進(jìn)行真空處理(114)。在一個(gè)實(shí)施方案中該步驟包括將粉末混合物放入真空爐內(nèi)，施加真空，和加熱該爐。在一個(gè)實(shí)施方案中，將爐加熱至約1，000°C達(dá)約I小時(shí)。真空促進(jìn)粘結(jié)劑前體和cBN顆粒之間的初始反應(yīng)，由此使得粉末混合物對(duì)于操作而言更穩(wěn)定。粘結(jié)劑前體化合物可以部分地分解或分解，并且游離的原子可以開始與cBN顆粒反應(yīng)。該步驟可以被描述為預(yù)燒結(jié)反應(yīng)。在使得混合物經(jīng)歷真空之后，或者如果省去該真空步驟則在將cBN和前體顆粒混合在一起之后，該方法然后包括在沒有基材的情況下HPHT燒結(jié)自支撐的cBN和前體混合物，以形成自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片(116)。HPHT燒結(jié)產(chǎn)生具有由粘結(jié)劑前體和cBN之間的反應(yīng)形成的化合物的粘結(jié)劑相的PCBN復(fù)合片。該方法然后包括通過EDM切割方法將PCBN復(fù)合片切成合適的切割插入物(118)。作為實(shí)例，EDM切割步驟可以包括將自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片切成厚度為約4.8mm、或約3.2_、或約1_、或者lmm-50mm、或者其它厚度的一個(gè)或多個(gè)切片，這取決于應(yīng)用領(lǐng)域。這些被切的薄片可以被銅焊到碳化物體上以形成切割插入物。切割插入物可以用于其中希望高耐磨性的應(yīng)用中，例如機(jī)加工鑄鐵(或灰鑄鐵)和超級(jí)合金(例如鎳基超級(jí)合金)。EDM切割可以被用于在PCBN插入物上產(chǎn)生均勻的且垂直的外圍切口。圖4顯示了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。通過對(duì)它們進(jìn)行鑄鐵回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來比較若干PCBN切割元件。實(shí)驗(yàn)機(jī)器是Mori Seiki SL-25CNC車床，工件材料為35級(jí)灰鑄鐵，具有200布氏硬度(BHN)?；剞D(zhuǎn)速率為3，500表面英尺/分鐘(sfpm)，和進(jìn)料速率為0.020英寸/轉(zhuǎn)。切口的深度為0.015英寸。工件壁厚為1.32英寸。在干燥條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在下表I中概述了進(jìn)行試驗(yàn)的PCBN復(fù)合片。還提供每一 PCBN復(fù)合片的彎曲強(qiáng)度用于對(duì)比。表I
權(quán)利要求
1.一種切割元件，其包括: 自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(PCBN)復(fù)合片，該復(fù)合片包含立方氮化硼(CBN)顆粒的第一相和含有鈦化合物的陶瓷粘結(jié)劑相，所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的大于80%體積，和 其中所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有足以通過放電機(jī)加工可切割的電導(dǎo)率。
2.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片包含大于3，200kg/mm2的維氏硬度。
3.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片中鈦與鋁的比例為約2或`3。
4.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有約1_-50_的厚度。
5.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述粘結(jié)劑相包含氮化鈦和碳化鈦。
6.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的大于85%體積。
7.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的約85%體積。
8.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的大于90%體積。
9.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的約85%-約95%體積。
10.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的大于81%體積。
11.權(quán)利要求1的切割元件，其中所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有小于約1(Γ2歐姆-m的電阻率。
12.—種形成自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(PCBN)切割元件的方法，其包括: 將多個(gè)cBN顆粒與粘結(jié)劑前體混合以形成混合物，該混合物包含大于80%體積的cBN顆粒； 在沒有基材支撐的情況下將所述混合物HPHT燒結(jié)，以形成自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片；和 通過放電機(jī)加工切割所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述粘結(jié)劑前體包含鈦。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述粘結(jié)劑前體包含以下的一種或多種:Ti3AlC、或Ti3AlN、或 Ti2AlC、或 Ti2AlN。
15.權(quán)利要求12的方法，其中所述混合物包含大于85%體積的cBN顆粒。
16.權(quán)利要求12的方法，其中所述混合物包含約85%體積的cBN顆粒。
17.權(quán)利要求12的方法，其進(jìn)一步包括在HPHT燒結(jié)之前于真空下加熱所述混合物。
18.權(quán)利要求12的方法，其進(jìn)一步包括在HPHT燒結(jié)之前將所述粘結(jié)劑前體部分地與所述cBN顆粒反應(yīng)。
19.權(quán)利要求12的方法，其中HPHT燒結(jié)包括反應(yīng)燒結(jié)以形成所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片中的粘結(jié)劑相。
20.權(quán)利要求19的方法，其中反應(yīng)燒結(jié)包括在HPHT燒結(jié)期間將所述粘結(jié)劑前體與所述cBN顆粒反應(yīng)以形成所述粘結(jié)劑相。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述粘結(jié)劑相包含碳化鈦、碳氮化鈦、氮化鈦、二硼化鈦、氮化鋁、 或氧化鋁中的至少一種。
全文摘要
本公開涉及具有高cBN含量并且可通過放電機(jī)加工(EDM)切割的立方氮化硼(cBN)切割元件。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的切割元件包括自燒結(jié)的多晶立方氮化硼(PCBN)復(fù)合片,該復(fù)合片具有第一立方氮化硼(cBN)顆粒相和含有鈦化合物的陶瓷粘結(jié)劑相。所述第一相占所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片的大于80%體積。所述自燒結(jié)的PCBN復(fù)合片具有足以通過放電機(jī)加工可切割的電導(dǎo)率。
文檔編號(hào)B23B27/16GK103209794SQ201180050407
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者鮑亞華, S·豪曼, 姚先, 劉慶元 申請(qǐng)人:六號(hào)元素有限公司