基本信息
- 项目名称：
- 非化学计量比的TiN的制备与其部分烧结特性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 工业中聚晶立方氮化硼（PcBN）是立方氮化硼单晶（cPBN）与一定量的粘结剂在高压高温条件下制得的，在PcBN中，粘结剂的粘结效果和性能是对其性能影响最大的因素之一，本课题的目的是希望通过研究非计量比的氮化钛（TiNx）在高温高压条件下与cBN烧结后的性能,试图使PcBN的性能有显著提高；
- 详细介绍：
- TiN具有高硬度、耐腐蚀、高导电性等很多的优异的性能，但是由于它的熔点高（2950 ℃）、难烧结、烧结体脆性大等因素，因此本课题希望通过机械合金化方法（MA）制备非化学计量比的TiNx(x<1)，从而使MA后的纳米粉体颗粒含N量低，晶格常数与计量比的TiN相比减小，N含量降低则熔点也相应降低，粉末的可烧结性提高。晶粒度在纳米量级TiNx粉末可烧结活性高，有利于在较低温下得到致密度高、机械性能好的TiNx烧结体。非化学剂量比的TiNx由于金属键增加增大烧结活性，大大提高了烧结体的强度。本文以Ti粉与尿素为原料，采用机械合金化的方法制备非化学计量比TiNx(x<1)粉末，研究了3:1（原子比）的TiNx粉末及烧结体的物相、晶粒尺寸、致密度、等物理性能，通过晶相下的抛光后酸腐蚀表面的观察，明确烧结体的性能情况，对其致密度进行初步研究。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、通过机械合金化的方法获得TiNx（x=0.4~0.8）; 2、研究TiNx在高温、高压下的行为，包括晶体结构的稳定性、高温、高压后体积的变化规律，寻求弥补TiNx膨胀系数与cBN不同的物质A，使TiNx与一定量的A复合后其膨胀系数接近cBN的膨胀系数； 3、研究高压条件下，cBN与TiNx的烧结行为，观察烧结体表现的质量，并观察其烧结过程中的传质过程。
科学性、先进性
- 结合的特性，而TiN已均已成熟，但其可烧结性和与cBN磨粒形成冶金结合的能力很差，非计量比的氮化钛（TiNx）具有所要求的接近金刚石或cBN的高硬度，高温热稳定性，用其做粘结剂的工艺在国际和国内还没有。本课题通过揭示非计量比的氮化钛（TiNx）和cBN在高温高压条件下烧结的作用机理，用以提高PcBN的质量，为我国的加工业贡献力量。本课题的独到之处在于使用了非计量比的化合物TiNx，其重点和难点是制备TiNx和高温高压条件下的烧结行为及膨胀系数问题。
获奖情况及鉴定结果
- 燕山大学十五届“世纪杯”大学生课外科技学术作品大赛“特等奖”
作品所处阶段
- 作品正处于实验室研究阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 图片和简介
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- PcBN粘结剂问题一直是影响PcBN质量的关键问题，也是目前国内外研究的重点问题。本课题从PcBN粘结剂问题入手，一改传统的粘结剂制造方法，对用非化学计量比的TiN作PcBN的粘结剂进行研究，以期大大提高PcBN的质量和性能，到目前为止，国内外尚未发现与此类似的研究报道。 PcBN作为刀具材料，使用量一直是衡量一个国家工业发达程度的重要指标，目前国内CBN磨料的制备技术已趋于成熟，但PCBN刀具的研究开发比较落后，制约了行业的发展，因而CBN磨料大量出口，而国内又大量进口其制品，其制品制造的关键技术落后。在国防工业中，PCBN具有战略意义，特别是在应用领域，汽车凸轮轴、大规格冷铸件，大锻件的加工，大量依靠进口，其年需要量达10多亿元。因此解决PCBN刀具关键技术也称为超硬材料行业的当务之急。
同类课题研究水平概述
- 国内外超硬复相陶瓷的制造方法大同小异，都是将所采用的组分原料以一定的颗粒度混合，装入碳管炉中，在高温高压条件下烧结，只是使用的设备、合成腔体尺寸、具体组分配比和工艺参数各有差异。其中， cBN磨粒作为主体，在超硬复相陶瓷中以“堆砌”的形式存在，少量金属或化合物起到粘结剂的作用，目的是使磨粒之间通过粘结剂粘结成整体，另一作用是填充磨粒之间堆砌留下的空隙，磨粒与磨粒之间依靠粘结剂粘结。PcBN对粘结剂的要求是具有尽量接近cBN的高硬度、高温热稳定性、可烧结性、与cBN磨粒形成冶金结合的特性，而TiN已具有所要求的接近金刚石或cBN的高硬度，高温热稳定性，用TiN做为粘结剂的工艺在国际和国内已经很成熟，但其可烧结性和与cBN磨粒形成冶金结合的能力很差，用非化学计量比的氮化钛（TiNx）做为粘结剂的形式在国内和国际上几乎还没有，本课题通过研究TiNx在高温高压条件下烧结的作用机理，来探寻TiNx的部分性能，用以作为PcBN的粘结剂，从而提高PcBN的品质；本论文通过比较Ti与N比为3：1的非计量比的化合物TiNx在5.5 GPa,1400℃和1500℃条件下的实验性能做比较，希望揭示其部分机理，为非计量比TiN做PcBN的粘结剂以提高现有PcBN工具的性能做参考。
