基本信息
- 項目名稱：
- 非化學(xué)計量比的TiN的制備與其部分燒結(jié)特性研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 工業(yè)中聚晶立方氮化硼（PcBN）是立方氮化硼單晶（cPBN）與一定量的粘結(jié)劑在高壓高溫條件下制得的，在PcBN中，粘結(jié)劑的粘結(jié)效果和性能是對其性能影響最大的因素之一，本課題的目的是希望通過研究非計量比的氮化鈦（TiNx）在高溫高壓條件下與cBN燒結(jié)后的性能,試圖使PcBN的性能有顯著提高；
- 詳細介紹：
- TiN具有高硬度、耐腐蝕、高導(dǎo)電性等很多的優(yōu)異的性能，但是由于它的熔點高（2950 ℃）、難燒結(jié)、燒結(jié)體脆性大等因素，因此本課題希望通過機械合金化方法（MA）制備非化學(xué)計量比的TiNx(x<1)，從而使MA后的納米粉體顆粒含N量低，晶格常數(shù)與計量比的TiN相比減小，N含量降低則熔點也相應(yīng)降低，粉末的可燒結(jié)性提高。晶粒度在納米量級TiNx粉末可燒結(jié)活性高，有利于在較低溫下得到致密度高、機械性能好的TiNx燒結(jié)體。非化學(xué)劑量比的TiNx由于金屬鍵增加增大燒結(jié)活性，大大提高了燒結(jié)體的強度。本文以Ti粉與尿素為原料，采用機械合金化的方法制備非化學(xué)計量比TiNx(x<1)粉末，研究了3:1（原子比）的TiNx粉末及燒結(jié)體的物相、晶粒尺寸、致密度、等物理性能，通過晶相下的拋光后酸腐蝕表面的觀察，明確燒結(jié)體的性能情況，對其致密度進行初步研究。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1、通過機械合金化的方法獲得TiNx（x=0.4~0.8）; 2、研究TiNx在高溫、高壓下的行為，包括晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、高溫、高壓后體積的變化規(guī)律，尋求彌補TiNx膨脹系數(shù)與cBN不同的物質(zhì)A，使TiNx與一定量的A復(fù)合后其膨脹系數(shù)接近cBN的膨脹系數(shù)； 3、研究高壓條件下，cBN與TiNx的燒結(jié)行為，觀察燒結(jié)體表現(xiàn)的質(zhì)量，并觀察其燒結(jié)過程中的傳質(zhì)過程。
科學(xué)性、先進性
- 結(jié)合的特性，而TiN已均已成熟，但其可燒結(jié)性和與cBN磨粒形成冶金結(jié)合的能力很差，非計量比的氮化鈦（TiNx）具有所要求的接近金剛石或cBN的高硬度，高溫?zé)岱€(wěn)定性，用其做粘結(jié)劑的工藝在國際和國內(nèi)還沒有。本課題通過揭示非計量比的氮化鈦（TiNx）和cBN在高溫高壓條件下燒結(jié)的作用機理，用以提高PcBN的質(zhì)量，為我國的加工業(yè)貢獻力量。本課題的獨到之處在于使用了非計量比的化合物TiNx，其重點和難點是制備TiNx和高溫高壓條件下的燒結(jié)行為及膨脹系數(shù)問題。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 燕山大學(xué)十五屆“世紀杯”大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)作品大賽“特等獎”
作品所處階段
- 作品正處于實驗室研究階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 圖片和簡介
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- PcBN粘結(jié)劑問題一直是影響PcBN質(zhì)量的關(guān)鍵問題，也是目前國內(nèi)外研究的重點問題。本課題從PcBN粘結(jié)劑問題入手，一改傳統(tǒng)的粘結(jié)劑制造方法，對用非化學(xué)計量比的TiN作PcBN的粘結(jié)劑進行研究，以期大大提高PcBN的質(zhì)量和性能，到目前為止，國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)與此類似的研究報道。 PcBN作為刀具材料，使用量一直是衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要指標，目前國內(nèi)CBN磨料的制備技術(shù)已趨于成熟，但PCBN刀具的研究開發(fā)比較落后，制約了行業(yè)的發(fā)展，因而CBN磨料大量出口，而國內(nèi)又大量進口其制品，其制品制造的關(guān)鍵技術(shù)落后。在國防工業(yè)中，PCBN具有戰(zhàn)略意義，特別是在應(yīng)用領(lǐng)域，汽車凸輪軸、大規(guī)格冷鑄件，大鍛件的加工，大量依靠進口，其年需要量達10多億元。因此解決PCBN刀具關(guān)鍵技術(shù)也稱為超硬材料行業(yè)的當務(wù)之急。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外超硬復(fù)相陶瓷的制造方法大同小異，都是將所采用的組分原料以一定的顆粒度混合，裝入碳管爐中，在高溫高壓條件下燒結(jié)，只是使用的設(shè)備、合成腔體尺寸、具體組分配比和工藝參數(shù)各有差異。其中， cBN磨粒作為主體，在超硬復(fù)相陶瓷中以“堆砌”的形式存在，少量金屬或化合物起到粘結(jié)劑的作用，目的是使磨粒之間通過粘結(jié)劑粘結(jié)成整體，另一作用是填充磨粒之間堆砌留下的空隙，磨粒與磨粒之間依靠粘結(jié)劑粘結(jié)。PcBN對粘結(jié)劑的要求是具有盡量接近cBN的高硬度、高溫?zé)岱€(wěn)定性、可燒結(jié)性、與cBN磨粒形成冶金結(jié)合的特性，而TiN已具有所要求的接近金剛石或cBN的高硬度，高溫?zé)岱€(wěn)定性，用TiN做為粘結(jié)劑的工藝在國際和國內(nèi)已經(jīng)很成熟，但其可燒結(jié)性和與cBN磨粒形成冶金結(jié)合的能力很差，用非化學(xué)計量比的氮化鈦（TiNx）做為粘結(jié)劑的形式在國內(nèi)和國際上幾乎還沒有，本課題通過研究TiNx在高溫高壓條件下燒結(jié)的作用機理，來探尋TiNx的部分性能，用以作為PcBN的粘結(jié)劑，從而提高PcBN的品質(zhì)；本論文通過比較Ti與N比為3：1的非計量比的化合物TiNx在5.5 GPa,1400℃和1500℃條件下的實驗性能做比較，希望揭示其部分機理，為非計量比TiN做PcBN的粘結(jié)劑以提高現(xiàn)有PcBN工具的性能做參考。
