謝輝，鄧福銘，王浩，韓順利，馮飛

粉末冶金立方氮化硼聚晶材料的球磨混料工藝

謝輝1，鄧福銘1，王浩1，韓順利2，馮飛3

(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083；2. 開封貝斯科超硬材料有限公司，開封 475000；3. 河南黃河旋風(fēng)股份有限公司，長(zhǎng)葛 461500)

對(duì)臥式行星球磨機(jī)的磨球運(yùn)行規(guī)律與球磨工藝機(jī)理進(jìn)行研究，對(duì)不同粒度的立方氮化硼粉末進(jìn)行球磨，利用激光粒度儀分析球磨前后的粉末粒度分布與顆粒細(xì)化率，并運(yùn)用SEM與XRD對(duì)立方氮化硼粉末及燒結(jié)樣品進(jìn)行觀察和分析，研究球磨混料工藝對(duì)立方氮化硼聚晶材料制備的影響。結(jié)果表明，臥式行星球磨機(jī)用于球磨混料時(shí)具有適宜的轉(zhuǎn)速范圍，在此范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磨球承受的沖擊與研磨作用越強(qiáng)。較細(xì)顆粒的粉末球磨時(shí)易出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚，但粉末顆粒越粗，球磨后的細(xì)化率越高。粗、細(xì)混合顆粒在混合4 h即出現(xiàn)摻雜，球磨時(shí)間越長(zhǎng)，混合均勻性提高的同時(shí)摻雜越多；轉(zhuǎn)速越高，球磨粉末摻雜越顯著。2～8 μm細(xì)顆粒粉末的最佳濕磨混料工藝為在180 r/min轉(zhuǎn)速下球磨12 h。

臥式行星球磨機(jī)；球磨混料；立方氮化硼聚晶；細(xì)化率；顆粒團(tuán)聚

立方氮化硼聚晶(polycrystalline cubic boron nitride, PcBN)材料是由立方氮化硼(cubic boron nitride, cBN)粉末與一定的金屬或陶瓷等黏結(jié)劑粉末，經(jīng)混料、高溫高壓燒結(jié)而得到[1]。均勻混料對(duì)于制備均勻致密的高強(qiáng)度PcBN材料非常重要，黏結(jié)劑的含量越高或種類越多，越難做到均勻混料。工業(yè)中常用的混料工藝為以乙醇或去離子水為分散介質(zhì)進(jìn)行濕式行星式球磨，球磨后的漿料在80～100 ℃烘干，得到混合粉末[2?4]。臥式行星式球磨機(jī)無(wú)固定研磨面，因而無(wú)原料沉底的問(wèn)題，更適合用于PcBN的濕式混料。球磨過(guò)程中，粉末顆粒隨磨球一起在球磨罐的摩擦力、向心力、慣性離心力與重力的共同作用下，以角速度s自轉(zhuǎn)的同時(shí)還在空間以角速度p公轉(zhuǎn)，角速度的比值(=p/s，<1)不僅與球磨機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與裝料量和球料比有關(guān)[5?6]。球磨過(guò)程中以壓縮應(yīng)力形式進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)粉末顆粒的球磨細(xì)化，而球磨能量的輸入主要與轉(zhuǎn)速與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)[7?8]。研究表明[9?10]，轉(zhuǎn)速偏高時(shí)，沖擊與研磨作用均較強(qiáng)，適宜進(jìn)行顆粒破碎，顆粒明顯細(xì)化；轉(zhuǎn)速偏低時(shí)適宜進(jìn)行粉末混料。此外，微米級(jí)細(xì)顆粒粉末的比表面積大，且顆粒間存在非飽和性范德華力，極易在球磨時(shí)發(fā)生團(tuán)聚[11?12]。在PcBN的制備與性能研究中[13?15]，手工研磨、超聲波或機(jī)械球磨等均被應(yīng)用于初始原料的混合，其中機(jī)械球磨應(yīng)用最廣泛，但存在較明顯的顯微組織分布不均勻的情況，直接影響PcBN材料的性能。MAWEJA等[16]利用立式行星式球磨工藝進(jìn)行混料，隨球磨時(shí)間延長(zhǎng)，PcBN的組織均勻性得到改善，但即使球磨較長(zhǎng)時(shí)間，仍有組織不均勻的情況。球磨混料的主要影響因素為轉(zhuǎn)速以及球、料、液三者的比例和球磨時(shí)間[17]，設(shè)置適宜的球磨工藝參數(shù)，對(duì)于PcBN的均勻混料非常重要。本文研究臥式行星球磨機(jī)的球磨混料運(yùn)行機(jī)制，并利用臥式行星球磨機(jī)分別將不同粒度的cBN粉末與含有cBN與金屬粘結(jié)劑的PcBN原料粉末進(jìn)行球磨混料，研究球磨工藝參數(shù)對(duì)于PcBN材料均勻混料的影響，為實(shí)際球磨混料過(guò)程中工藝參數(shù)的設(shè)置提供指導(dǎo)。

1 球磨機(jī)理

臥式行星球磨機(jī)帶動(dòng)4個(gè)球磨罐運(yùn)行，球磨罐中的磨球受到公轉(zhuǎn)離心力p、自轉(zhuǎn)離心力s、科氏力k、重力與摩擦力等的合力作用。在公轉(zhuǎn)盤圓心1與球磨罐圓心2形成的行星系統(tǒng)中，磨球運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)原料產(chǎn)生攪拌、研磨與破碎等作用。當(dāng)球磨罐位于頂端位置時(shí)，磨球所受離心力在垂直方向分力最大[10]。此時(shí)，磨球可能處于球磨罐的頂端、底端或任意位置，選取球磨罐內(nèi)的3個(gè)臨界位置處的磨球受力情況進(jìn)行分析，分別為球磨罐的底端點(diǎn)點(diǎn)、頂端點(diǎn)點(diǎn)與相切點(diǎn)點(diǎn)，如圖1所示。這3個(gè)臨界點(diǎn)均為磨球與球磨罐內(nèi)壁的臨界脫離點(diǎn)。

圖1 臥室行星球磨機(jī)的球磨罐中3個(gè)臨界位置示意圖

(a) Lowest point; (b) Highest point; (c) Tangent point

假設(shè)1到2的距離為1，球磨罐內(nèi)壁半徑為，相切點(diǎn)到1的距離為2，2與1的夾角為，公轉(zhuǎn)角速度為p，自轉(zhuǎn)角速度為s，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速比為=p/s，則磨球的自轉(zhuǎn)離心力s、科氏力k和3個(gè)臨界點(diǎn)處磨球的公轉(zhuǎn)離心力pa、pb與pc的計(jì)算公式如下：

3個(gè)臨界點(diǎn)處磨球的自轉(zhuǎn)角速度分別為：

臥式行星球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，公轉(zhuǎn)盤的角速度p與球磨罐的角速度s之比(p/s)與球磨轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，磨球處在球磨罐的底部；隨轉(zhuǎn)速增大，磨球受到離心力、摩擦力與重力等的作用，隨球磨罐內(nèi)壁一起向上運(yùn)動(dòng)一段距離而后脫離，回到球磨罐底部；繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速，磨球沿罐壁運(yùn)行到臨界點(diǎn)()后以一定的拋物線向右下甩出；再繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速，磨球越過(guò)臨界點(diǎn)()而到達(dá)臨界點(diǎn)()，在合力作用下，磨球在遠(yuǎn)離公轉(zhuǎn)盤圓心1處緊靠球磨罐內(nèi)壁運(yùn)行一段后沿拋物線撞向斜對(duì)側(cè)，即磨球處于臨界點(diǎn)()的對(duì)稱區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增大時(shí)，磨球隨球磨罐內(nèi)壁運(yùn)行到最內(nèi)端的臨界點(diǎn)()，之后被拋起撞向斜對(duì)側(cè)；當(dāng)轉(zhuǎn)速更大時(shí)，磨球在球磨罐中沿壁運(yùn)行。

隨球磨機(jī)轉(zhuǎn)速增大，磨球沿球磨罐內(nèi)壁的運(yùn)行距離增大，研磨與沖擊作用隨之增強(qiáng)，適宜于球磨的自轉(zhuǎn)角速度范圍為[sb,sc]。在此自轉(zhuǎn)角速度范圍內(nèi)均伴有磨球的研磨與沖擊作用，低速時(shí)沖擊作用較弱，高速時(shí)沖擊作用較強(qiáng)。球磨過(guò)程中在所形成的合力作用下，磨球、顆粒與罐壁相互之間發(fā)生摩擦、擠壓和撞擊等，從而實(shí)現(xiàn)粉末顆粒的破碎細(xì)化或者均勻混合，并產(chǎn)生摻雜。因此，在進(jìn)行球磨混料研究時(shí)應(yīng)選擇偏低的轉(zhuǎn)速，在實(shí)際的球磨實(shí)驗(yàn)中，選擇的自轉(zhuǎn)角速度處于(sb,sc)范圍內(nèi)。計(jì)算出本文所用臥室行星球磨的(sb,sc)范圍的具體數(shù)值，并進(jìn)一步計(jì)算出轉(zhuǎn)速[sb,sc]區(qū)間為[145 r/min，210 r/min]。

2 球磨實(shí)驗(yàn)

2.1 原料粉末

原料粉末為不同粒度的立方氮化硼粉末(cBN，粉末牌號(hào)為B5M)，粒度分別為0～2、2～4、4～8、8～16與15～25 μm，購(gòu)自開封貝斯科超硬材料有限公司；球形金屬鋁粉作為黏結(jié)劑，平均粒度為1 μm，(Al)為99.9%，購(gòu)自上海水田材料科技有限公司。濕式球磨混料的分散劑為無(wú)水乙醇(分析純，500 mL)，購(gòu)自天津化學(xué)試劑三廠。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用QM-WX4L型號(hào)的臥式行星球磨機(jī)，各參數(shù)為：轉(zhuǎn)速比(ps的值)為0.4；公轉(zhuǎn)盤圓心1與球磨罐圓心2之間的距離1=0.16 m；球磨罐內(nèi)壁半徑=0.045 m。根據(jù)式(6)～(8)計(jì)算出磨球分別到達(dá)球磨罐的最低點(diǎn)、最高點(diǎn)和相切點(diǎn)這3個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)的自轉(zhuǎn)角速度s，再根據(jù)=/2π計(jì)算出3個(gè)臨界點(diǎn)磨球的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速s，分別為sa=308.494 r/min，sb=146.291 r/min，sc=206.178 r/min。

所用臥式行星球磨機(jī)的球磨罐(容積為500 mL)與磨球(直徑分別為3 mm和6 mm的磨球按5:1質(zhì)量比混合)均為硬質(zhì)合金材質(zhì)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速s設(shè)定為180 r/min(依據(jù)=(s+s)/2近似選取)；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定磨球、原料與乙醇三者的質(zhì)量比為7:1:2。設(shè)計(jì)3組聚晶立方氮化硼的濕式行星球磨混料實(shí)驗(yàn)：1) 選用粒度分別為0～2、2～4、4～8、8～16與15～25 μm的5種不同粒度的cBN粉末，均進(jìn)行12 h球磨，研究不同粒度cBN粉末的球磨特性。2) 分別將單純粒度0～2 μm粉末以及混合粒度粉末(2～4 μm、8～16 μm與15～25 μm等 3種粒度混合，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%和70%)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為4、8和12 h，并對(duì)混合粒度的粉末進(jìn)行熱壓制備PcBN材料，研究球磨時(shí)間對(duì)粉末粒度與燒結(jié)體組織形貌的影響。3) 按照9:1的質(zhì)量比稱取粒度為2～4 μm cBN粉末和Al粉，分別以180、210與240 r/min 的轉(zhuǎn)速球磨12 h，然后進(jìn)行熱壓，得到PcBN材料，研究轉(zhuǎn)速對(duì)PcBN材料形貌與組織的影響。熱壓過(guò)程如下：如圖2所示組裝模具，將球磨后的cBN粉末裝入模具中，置于六面頂液壓機(jī)(型號(hào)：CS-VII，6×27 000 kN，桂林桂冶機(jī)械股份有限公司)中心的密閉腔體中，同步施壓和通電進(jìn)行熱壓，溫度和壓力分別為1 450 ℃和5.5 GPa，熱壓時(shí)間為15 min，得到尺寸為12.7 mm×12.7 mm×4.8 mm的聚晶氮化硼材料樣品。

2.3 性能檢測(cè)

球磨前、后的cBN粉末在100 ℃烘干。對(duì)PcBN燒結(jié)體表面進(jìn)行研磨(140/170金剛石砂輪)與拋光(0～1 μm金剛石研磨膏)等處理。取適量cBN粉末加入去離子水中，用20 kHz超聲波諧振5 min，得到顆粒懸浮液，然后利用激光粒度分析儀(Mictotrac SDC, S3500)分析粉末的粒度分布。利用X射線衍射儀(XRD，D/max2500VK/PC, Cu target, 40 kV)對(duì)cBN粉末與PcBN燒結(jié)體進(jìn)行物相分析，用掃描電鏡(SEM/EDX，S-3400，Hitachi)觀察其顯微組織，并進(jìn)行能譜分析。

圖2 熱壓法制備PcBN材料的模具組裝示意圖(a)與六面頂壓機(jī)腔體(b)

3 結(jié)果與討論

3.1 原料粒度

圖3所示為粒度分別為0～2，2～4，4～8，8～16與15～25 μm等5種不同粒度的cBN粉末在球磨前(記為RW)及在180 r/min轉(zhuǎn)速下球磨12 h后(記為Q12)的粒度分布。從圖看出，粒度為0～2 μm的cBN粉末經(jīng)過(guò)12 h球磨后，粒度分布曲線發(fā)生較明顯的右移，表現(xiàn)為粉末粒度增大；粒度為2～4 μm的粉末粒度分布曲線與球磨前的基本重合，粒度基本不變；粒度為4～8 μm的粉末球磨后粒度分布曲線上開始出現(xiàn)1～2 μm的細(xì)粒度峰，如圖3(c)所示；粒度為8～16和15～25 μm 的粉末球磨后粒度分布曲線上出現(xiàn)較明顯的1～5 μm與0.5～9 μm的細(xì)粒度峰，表現(xiàn)為粉末粒度減小以及細(xì)粒度粉末增多，如圖3(d)，(e)所示。由于球磨轉(zhuǎn)速較低，有限的球磨能量對(duì)于4 μm以下細(xì)顆粒無(wú)破碎細(xì)化作用，磨球在漿料中起到攪拌作用，所以粒度為0～2 μm與2～4 μm的cBN粉末球磨后顆粒尺寸未發(fā)生變化，并且0～2 μm的cBN粉末在球磨過(guò)程中，由于球磨能量傳遞，使得顆粒表面活性增大，從而發(fā)生顆粒團(tuán)聚，球磨后粒度反而增大。cBN粉末的粒度增大至4～8 μm時(shí)，球磨后開始細(xì)化。這是由于球磨過(guò)程中顆粒之間以及顆粒與磨球之間產(chǎn)生研磨與沖擊作用力，粗顆粒的棱角與邊緣等發(fā)生摩擦與碰撞的幾率較大，單位面積受力較大，容易被研磨破碎為細(xì)顆粒。根據(jù)Griffith微裂紋理論[18]，顆粒內(nèi)部不可避免地存在裂紋與缺陷等，受外力作用時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨外力增大出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展進(jìn)而斷裂。粉末粒度越大，顆粒內(nèi)部缺陷越多，其斷裂強(qiáng)度越低，因此，粒度為8～16與15～25 μm的粗粉末球磨時(shí)破碎更加劇烈，球磨后出現(xiàn)更寬范圍的細(xì)粒度分布。

根據(jù)圖3中的粒度累積分布曲線得到各粉末球磨前后的10與50，如圖4(a)和(b)所示。由圖可見，0～2 μm粒度的粉末球磨后因顆粒團(tuán)聚，10與50均增大，細(xì)化率為負(fù)值。隨粒度增大，球磨后的顆粒細(xì)化率明顯增大，粒度為2～4 μm的粉末球磨后10與50分別減小0.067和0.090 μm，粒度為15～25 μm粉末球磨后10與50分別減小9.970 μm和2.88 μm。

圖5所示為5組不同粒度的cBN原料粉末球磨后的XRD譜。從圖中可看出，粒度為4～8 μm的粉末球磨后開始出現(xiàn)WC與Co等雜質(zhì)相；粉末粒度越粗，雜質(zhì)衍射峰越強(qiáng)。表明球磨過(guò)程中，在顆粒細(xì)化的同時(shí)摻雜量增加。這是由于球磨過(guò)程中，合金磨球和球磨罐內(nèi)壁在摩擦、擠壓與撞擊作用下產(chǎn)生磨損而以雜質(zhì)形式摻入到混合漿料中。結(jié)合上述粒度分布的分析可知，粒度為4～8 μm的cBN粉末在球磨后有微量摻雜，主要是在研磨作用下顆粒產(chǎn)生細(xì)化。因此，以180 r/min運(yùn)行12 h的球磨工藝適宜于對(duì)4～8 μm細(xì)顆粒的cBN粉末進(jìn)行球磨混料。

3.2 球磨時(shí)間

圖6所示為粒度為0～2 μm的cBN粉末(RW)按180 r/min轉(zhuǎn)速分別球磨4、8與12 h后(標(biāo)記為B1，B2與B3)的粒度分布曲線。從圖中可見，球磨4 h后粉末粒度分布基本無(wú)變化。隨球磨時(shí)間延長(zhǎng)，粒度分布曲線逐漸右移，累積分布隨之向下移動(dòng)，呈現(xiàn)為球磨后粒度增大，對(duì)應(yīng)某粒度的累積分布率降低。由于顆粒越小，比表面積越大，越易團(tuán)聚，而球磨4 h時(shí)能量輸入較小，不足以使cBN顆粒發(fā)生團(tuán)聚；延長(zhǎng)球磨時(shí)間到8 h，球磨能量增大，增加了粉末顆粒間的碰撞，cBN顆粒間由于靜電力而產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致粒度增大，粒度分布曲線右移；繼續(xù)延長(zhǎng)球磨時(shí)間至12 h時(shí)，顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象加劇。隨球磨時(shí)間延長(zhǎng)，球磨能量不斷積聚，顆粒表面活性增強(qiáng)，團(tuán)聚顆粒不斷增多。

圖3 不同粒度的cBN粉末球磨前(RW)和球磨12 h后(Q12)的粒度分布

(a) 0?2 μm; (b) 2?4 μm; (c) 4?8 μm; (d) 8?16 μm; (e) 15?25 μm

圖4 不同粒度的cBN原料粉末球磨前和球磨12 h后的粒度變化

(a)10of RW and Q12; (b)50of RW and Q12

圖5 不同粒度的cBN粉末球磨12 h后的XRD譜

圖6 粒度為0～2 μm的cBN粉末(RW)球磨4 h(B1)，8 h(B2)與12 h(B3)后的粒度分布

圖7所示為混合粒度(2～4、8～16與15～25 μm等3種粒度混合，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%和70%)的cBN粉末分別進(jìn)行4，8與12 h的球磨后和熱壓后所得PcBN材料(材料分別記為H1、H2與H3)的SEM形貌。圖8所示為球磨后的粉末及其燒結(jié)體(H1、H2與H3)的XRD譜。從圖7看出，球磨后cBN粉末顆粒表面分布有納米級(jí)白色斑點(diǎn)狀顆粒，隨球磨時(shí)間延長(zhǎng)，白色斑點(diǎn)顆粒明顯增多，從對(duì)應(yīng)的燒結(jié)體SEM形貌中更清晰地看出白色斑點(diǎn)分布情況。從圖8可知，該白色斑點(diǎn)的物相組成為WC與Co，從圖8還看出，球磨12 h的燒結(jié)體中WC與cBN發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生新的物相W1.1N。這是由于球磨過(guò)程中硬質(zhì)合金材質(zhì)的磨球與球磨罐的磨損而產(chǎn)生的摻雜，并殘留于燒結(jié)體中，雜質(zhì)含量增多后，雜質(zhì)參與熱壓反應(yīng)起到黏結(jié)劑作用，得到PcBN材料。此外，從圖7中燒結(jié)體的形貌還看出，隨球磨時(shí)間延長(zhǎng)，粗、細(xì)顆粒與雜質(zhì)分布更均勻，球磨12 h后燒結(jié)體的組織形貌呈現(xiàn)為雜質(zhì)相、反應(yīng)生成相與細(xì)顆粒均勻包裹于粗顆粒周圍。

3.3 轉(zhuǎn)速

提高球磨轉(zhuǎn)速可提高研磨與沖擊過(guò)程中磨球的碰撞能量，有利于實(shí)現(xiàn)粉體的均勻分布[19]。按照9:1的質(zhì)量比稱取粒度為2～4 μm cBN粉末和Al粉，分別以180、210與240 r/min 的轉(zhuǎn)速(依據(jù)[sb,sc]以及更高轉(zhuǎn)速選取)球磨混料12 h，然后將球磨后的粉末進(jìn)行熱壓，得到PcBN材料，研究轉(zhuǎn)速對(duì)混料可能產(chǎn)生的影響，進(jìn)而對(duì)PcBN材料的影響。圖9所示為不同球磨轉(zhuǎn)速下制備的PcBN材料的SEM形貌與EDS分析結(jié)果。從圖中看出，球磨轉(zhuǎn)速為180 r/min時(shí)，PcBN材料的組織均勻無(wú)摻雜；轉(zhuǎn)速為210 r/min時(shí)燒結(jié)體均勻致密，但由于球磨時(shí)粉末中摻雜了微量的磨球與球磨罐合金成分，燒結(jié)體中存在微量的合金成分；球磨轉(zhuǎn)速為240 r/min時(shí)，PcBN材料中摻入了較多的合金成分，且檢測(cè)出O元素。上述結(jié)果表明，以粒度較細(xì)的cBN粉末為原料，采用球磨混料工藝，在較低的轉(zhuǎn)速下可實(shí)現(xiàn)均勻混料且無(wú)摻雜；當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，磨球的研磨與沖擊作用增強(qiáng)，在球磨混合時(shí)極易造成摻雜與原料氧化，轉(zhuǎn)速越高，雜質(zhì)含量越高。粉末中摻入的雜質(zhì)雖然可以作為黏結(jié)劑參與燒結(jié)反應(yīng)，但同時(shí)會(huì)改變初始材料中黏結(jié)劑的種類與含量，且原料氧化會(huì)影響材料燒結(jié)，摻雜量越多，影響越大。實(shí)驗(yàn)表明，在[sb,sc]區(qū)間(即[145 r/min，210 r/min]區(qū)間)選擇轉(zhuǎn)速較適合于進(jìn)行原料混合，磨球以研磨與攪拌等作用為主，沖擊作用較弱，可在較少的細(xì)化與摻雜基礎(chǔ)上達(dá)到均勻混料。

圖7 混合粒度的cBN粉末球磨不同時(shí)間后和熱壓后的SEM形貌

(a), (b), (c) cBN powders milled for 4, 8 and 12 h, respectively;(d), (e), (f) Hot pressed bodies of cBN powders milled for 4, 8 and 12 h, respectively

圖8 混合粒度的cBN粉末球磨不同時(shí)間后和熱壓后的XRD譜

圖9 不同球磨轉(zhuǎn)速下制備的PcBN材料SEM形貌與EDS結(jié)果

4 結(jié)論

1) 采用臥式行星球磨機(jī)進(jìn)行球磨混料，可通過(guò)在[b,c]區(qū)間內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整磨球的運(yùn)行狀態(tài)，提高混料效果。對(duì)于細(xì)粒度的cBN粉末，在180 r/min轉(zhuǎn)速下球磨12 h，可得到均勻無(wú)摻雜的燒結(jié)組織。

2) 4～8 μm粒度是適宜進(jìn)行球磨混料的拐點(diǎn)，較粗顆粒在球磨過(guò)程中極易出現(xiàn)顆粒細(xì)化與摻雜，顆粒細(xì)化率隨原料粉末粒度增大而增大。

3) 對(duì)于含有粗顆粒的cBN原料粉末，混合4 h即出現(xiàn)摻雜，隨球磨時(shí)間延長(zhǎng)，組織分布更均勻，同時(shí)摻雜量增加。

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Ball milling mixing progress for preparation of polycrystalline cubic boron nitride composites

XIE Hui1, DENG Fuming1, WANG Hao1, HAN Shunli2, FENG Fei3

(1. School of Mechanical Electronic & Information Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 2. Besco Superabrasives Co., Ltd., Kaifeng 475000, China;3. Henan Huanghe Whirlwind Co., Ltd., Changge 461500, China)

The operation law of ball mill and the mechanism of ball milling process were studied. The cubic boron nitride powders with different particle sizes were milled, and the particle size distribution and grain refinement rate before and after ball milling were analyzed by laser particle size analyzer. SEM and XRD were used to observe and analyze the powder and sintered samples to study the effect of ball milling process on the preparation of cubic boron nitride polycrystalline materials. The results show that, the horizontal planetary ball mill used for mixing process has a suitable rotation speed range. In this range, the higher the rotating speed is, the stronger the impact and grinding effect the ball will bear. The finer particles tend to agglomerate during ball milling, but the coarser the powder particles are, the higher the refining rate is. The coarse and fine mixed particles appear doping after mixing for 4 h. The longer the milling time, the higher the mixing uniformity and the more doping. The higher the rotating speed, the more significant the doping. The higher the rotation speed, the more significant the ball milling powder doping. The best wet milling mixing process of 2?8 μm fine powder is ball milling at 180 r/min for 12 h.

horizontal planetary ball mill; ball milling mixing; polycrystalline cubic boron nitride; fineness rate; particle agglomeration

TG70；TD45；TF122

A

1673-0224(2020)05-424-09

2020?07?07；

2020?07?23

鄧福銘，教授。E-mail: dfm@cumtb.edu.cn

(編輯 湯金芝)