六方氮化硼直接转化合成多晶立方氮化硼的研究*

王永凯, 位 星, 王大鹏, 魏朝阳, 刘红伟, 鲁翠莲, 张相法

(郑州中南杰特超硬材料有限公司, 郑州 450001)

立方氮化硼(cBN)是WENTORF[1]于1957年在高温高压条件下合成的人工晶体，其硬度仅次于金刚石的，但其热稳定性和化学稳定性则优于金刚石的，被广泛应用于加工黑色金属、耐高温合金、钛合金等难以用金刚石工具加工的材料[2]。

单晶立方氮化硼尺寸较小且各向异性、存在解理面，于是人们开发了多晶立方氮化硼(PcBN)。目前，PcBN 主要采用cBN微粉并以金属或陶瓷材料为黏结剂，在5～6 GPa、1 300～1 400 ℃的高压高温条件下烧结制成[3-6]。烧结时，cBN粒度大小、黏结剂组分及其含量要根据具体应用情况进行调整。此外，还可以采用cBN微粉或者六方氮化硼(hBN)在超高压高温条件下(压强大于7.7 GPa、温度大于2 000 ℃)直接烧结或转化为无结合剂的PcBN，其硬度可达80 GPa并具有优异的耐磨性。SOLOZHENKO等[7]采用低结晶度热解氮化硼(pBN)为初始材料，在20 GPa、1 500 ℃的条件下制备了多晶立方氮化硼，其维氏硬度达到85 GPa。ICHIDA等[8]采用热解氮化硼为初始材料，在25 GPa、1 950 ℃的条件下加热1～60 min合成了超硬多晶立方氮化硼，其晶体粒度小于100 nm，努氏硬度最高可达55.2 GPa。TIAN等[9]采用洋葱状六方氮化硼为初始材料，在12～25 GPa、1 600～2 200 ℃的条件下制备了纳米孪晶立方氮化硼，其维氏硬度超过100 GPa，热稳定性达到1 294 ℃，断裂韧性大于12 MPa·m1/2。YANG等[10]采用亚微米cBN微粉混合hBN为初始材料，在6.5～10.0 GPa、1 750 ℃的条件下制备了多晶立方氮化硼，维氏硬度达61.5 GPa，空气中热稳定性达到 1 290 ℃。

近年来，材料的超精密加工需求越来越大，对直接转化法合成多晶立方氮化硼的研究也越来越高。……