10043-11-5 / 氮化硼超硬材料的應用

立方氮化硼（英文縮寫CBN）是由六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的超硬材料。這種超硬材料在已工業化應用的超硬材料中，硬度僅次于金剛石。立方氮化硼熱穩定性遠高于金鋼石，對鐵系金屬元素有較大的化學穩定性，因此立方氮化硼磨具在鐵基金屬制品切削、磨削加工領域應用廣泛，性能十分優異。

特性

立方氮化硼有單晶體和多晶燒結體兩種。單晶體是把六方氮化硼和觸媒在壓力為3000～8000兆帕、溫度為800～1900℃ 范圍內制得。典型的觸媒材料選自堿金屬、堿土金屬、錫、鉛、銻和它們的氮化物。立方氮化硼的晶形有四面體的截錐、八面體、歪晶和雙晶等。工業生產的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面鍍金屬的,顆粒尺寸通常在1毫米以下。

在金屬切削領域的應用

立方氮化硼聚晶（PCBN）刀具是由許多細晶粒（0.1~100微米）CBN聚結而成的一類超硬材料產品。

它除了具有高硬度、高耐磨性外，還具有高韌性、化學惰性、紅硬性等特點，并可用金剛石砂輪開刃修磨。在切削加工的各個方面都表現出優異的切削性能，能夠在高溫下實現穩定切削，特別適合加工各種淬火鋼、工具鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料。刀具切削鋒利、保形性好、耐磨性能高、單位磨損量小、修正次數少、利于自動加工，適用于從粗加工到精加工的所有切削加工。

PCBN具有CBN的大部分性能，又克服了CBN單晶晶面方向性解理的缺點,具有較多的性能優勢：

1、高硬度。PCBN刀具的硬度僅次于金剛石，大大高于硬質合金和陶瓷刀具，因此可以加工硬度為ＨＲＣ６０以上的淬硬鋼、鑄鐵和硬質合金．

2、高耐磨性。PCBN刀具的耐磨性遠遠高于硬質合金和陶瓷，其使用壽命通常是陶瓷刀具的３～５倍，硬質合金刀具的５～１５倍．

3、高化學惰性。PCBN與鐵族元素及其合金材料在１２００～１３００℃時不易發生化學反應，克服了聚晶金剛石刀具與鐵的化學親和性；具有較高的抗氧化能力，對各種材料的粘結、擴散作用比硬質合金小得多。

4、高熱穩定性。PCBN的耐熱性可以達到１４００℃，比金剛石刀具（７００～８００℃）高得多．經使用證明１１００℃以上的切削溫度仍能維持高鋒利的切削性能，適合于干式切削。

5、高導熱性。在各類刀具材料中，PCBN的導熱系數是７９．５４Ｗ／（ｍ·ｋ），僅次于金剛石，遠遠好于硬質合金，且隨著溫度的升高，PCBN的導熱性能還會有所提高。

6、低摩擦系數。與其他刀具材料相比，PCBN摩擦系數低。PCBN與不同材料間的摩擦系數大致為0.1～0.3，而硬質合金為0.4～0.6，而且隨著切削速度的提高，摩擦系數呈減小趨勢，從而使切削力減小，并減少刀屑粘刀現象。

在磨削領域的應用

立方氮化硼磨具具有十分優異的磨削性能，不僅能完成難磨材料的加工、提高生產率，有效提高工件磨削質量，還能嚴格控制工件的形狀和尺寸，提高磨后工件的表面完整性，因而提高零件的疲勞強度，延長使用壽命。

立方氮化硼微粉適用于樹脂、金屬、陶瓷等結合劑體系，亦可用于生產聚晶復合片，還可用做松散磨粒、研磨膏等。立方氮化硼作為磨具材料，使用壽命長、耐磨性好。但是，單晶立方氮化硼也存在晶粒尺小，各向異性，存在容易劈裂的解理面等不足之處。

由于立方氮化硼具有諸多的性能優勢，同時它的的生產過程相比其它超硬材料而言，能源消耗少和環境污染小。因此，立方氮化硼的使用是對金屬磨削加工的一大貢獻，導致磨削發生革命性變化，是磨削技術的第二次飛躍。