高溫高壓合成優(yōu)質(zhì)立方氮化硼的結(jié)構(gòu)和工藝研究.pdf

1、立方氮化硼(cBN)是人工合成的一類(lèi)新型超硬材料，其硬度僅次于金剛石。它不僅具有很高的硬度，而且具有比金剛石更高的熱穩(wěn)定性和對(duì)鐵族金屬及其化合物的化學(xué)惰性，作為工具材料，它已經(jīng)廣泛用于黑色金屬及其合金的加工工業(yè)。cBN還具有一些金剛石沒(méi)有的性能，如優(yōu)異電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，在許多高科技領(lǐng)域得到應(yīng)用。因此，cBN被稱(chēng)為二十一世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧现弧?br>　　本文以高純hBN粉末為原料，以L(fǎng)i3N粉末為觸媒，在六面頂壓機(jī)上進(jìn)行了高溫高

2、壓合成cBN單晶的一系列實(shí)驗(yàn)。主要研究?jī)?nèi)容包括:進(jìn)一步優(yōu)化cBN合成塊的組裝結(jié)構(gòu);研究不同壓力和功率工藝曲線(xiàn)對(duì)cBN單晶產(chǎn)量、粒度和粒度分布等的影響，進(jìn)一步優(yōu)化了Li3N-hBN體系的合成工藝，為進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)提供了很好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　本文主要得出以下結(jié)論:
　　結(jié)構(gòu)方面:通過(guò)在cBN組裝塊中添加絕緣杯的方式，提高了合成棒外圍的合成效率。cBN晶體的單塊產(chǎn)量由18.2％提高至22.5％，同時(shí)合成棒中cBN晶體分布也很均勻。

3、通過(guò)增加芯柱的造粒次數(shù)和壓制次數(shù)，明顯提高芯柱的密度，由1.25g/cm3提高到1.49g/cm3。在相同的溫度和壓力條件下，芯柱密度越高，合成的cBN單晶的單塊產(chǎn)出也越高?？紤]到增加造粒次數(shù)和壓制次數(shù)會(huì)增加制造成本，本論文中最優(yōu)化壓制工藝方案為:首先將混合材料進(jìn)行四次造粒成均勻的小顆粒，然后將小顆粒材料再進(jìn)行二次壓制成一定尺寸的圓柱形芯柱。
　　工藝方面:優(yōu)化了合成中期的壓力平臺(tái)階段，通過(guò)縮短升壓時(shí)間，即快速升壓力到預(yù)定壓力，有

4、利于cBN單晶快速均勻地集中成核。具體體現(xiàn)在:單塊產(chǎn)出提高，提高了21％;粒度集中度有顯著提高。本實(shí)驗(yàn)中較合適的壓力平臺(tái)階段工藝為:總時(shí)間80s，快速增壓階段時(shí)間為5s，保壓時(shí)間為75s;優(yōu)化了合成后期的壓力階段，通過(guò)采取緩慢升壓的方式，即從合成壓力緩慢升到最終壓力，有利于cBN單晶的合成，具體體現(xiàn)在:在保證合成單品質(zhì)量的前提下，提高cBN單晶的粒度，且單塊產(chǎn)出提高了28.1％。而通過(guò)快速升壓然后保持恒定的方式，雖然也能夠提高cBN單晶