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立方氮化硼(cBN)是一种硬度仅次于金刚石的材料,具有优异的机械、电学、光学和热学性能,在各种高新科技领域具有重要的研究和应用价值。聚晶立方氮化硼(PcBN)以cBN单晶为主要原材料,在高温高压下烧结而成,是一种应用广泛的刀具材料。在PcBN的烧结过程中,粘结剂作为一个重要的影响因素,与cBN单晶相互作用,对PcBN的性能有很大影响,具有重要的研究价值。合成PcBN的粘结剂有很多种,主要包括金属粘结剂,陶瓷粘结剂以及一些其它粘结剂。本文选取了较为常见的金属铝(Al)和陶瓷碳化钛(TiC),以及新型三元过渡族金属碳化物钛碳化硅(Ti3SiC2)和钛碳化铝(Ti3AlC2)分别作为粘结剂材料用来合成PcBN块体材料。分析研究了 PcBN的成分、抗弯强度、抗压强度、硬度以及热稳定性。研究发现,当以Al作为粘结剂时,Al会与cBN在高温高压下发生反应,生成AlN和AlB2等物质。随着Al的添加量从5 wt.%增加到10 wt.%,后增加至20 wt.%,所合成的PcBN的抗弯强度和抗压强度表现出先降低,后增大的趋势。烧结过程中所产生的AlN和AlB2对整体PcBN有粘结作用,同时也是断裂容易发生的地方。而当TiC作为粘结剂时,由于TiC惰性强,熔点高,TiC和cBN之间并未发生反应,所合成的PcBN仍然由cBN和TiC组成。添加10 wt.%的TiC可使合成的最致密的结构,同时可使烧结得到的PcBN具有较好的机械性能。当以Ti3AlC2或Ti3SiC2作为粘结剂在高温高压下烧结PcBN时,在烧结过程,Ti3AlC2或Ti3SiC2会分解并与cBN发生反应,并最终生成TiC,TiC0.7N0.3,TiB2,SiC以及AlN等物质。对于cBN-Ti3AlC2烧结组来说,当添加20 wt.%Ti3AlC2时,烧结出的PcBN具有最致密的结构,同时具有最高的抗弯强度、抗压强度以及硬度。而当以Ti3SiC2为粘结剂时,当添加10wt.%Ti3SiC2时,烧结出的PcBN具有最高的抗弯强度;添加20wt.%Ti3SiC2时,PcBN具有最高的抗压强度;而添加40 wt.%Ti3SiC2时,PcBN具有最高的硬度和最致密的结构。对于这四种粘结剂所合成的PcBN,各取一个试样进行热分析,并且分析了氧化后的表面成分。氧化过后,PcBN表面会形成Al和Ti等的氧化物层,并伴随着裂纹的出现。尽管氧化层不够致密,但能对PcBN材料内部起到一定的保护作用。