氮化硼超硬材料的应用

立方氮化硼（英文缩写CBN）是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的超硬材料。这种超硬材料在已工业化应用的超硬材料中，硬度仅次于金刚石。立方氮化硼热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性，因此立方氮化硼磨具在铁基金属制品切削、磨削加工领域应用广泛，性能十分优异。

　　特性

　　立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方氮化硼和触媒在压力为3000～8000兆帕、温度为800～1900℃ 范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的晶形有四面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在1毫米以下。

　　在金属切削领域的应用

　　立方氮化硼聚晶（PCBN）刀具是由许多细晶粒（0.1~100微米）CBN聚结而成的一类超硬材料产品。

　　它除了具有高硬度、高耐磨性外，还具有高韧性、化学惰性、红硬性等特点，并可用金刚石砂轮开刃修磨。在切削加工的各个方面都表现出优异的切削性能，能够在高温下实现稳定切削，特别适合加工各种淬火钢、工具钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料。刀具切削锋利、保形性好、耐磨性能高、单位磨损量小、修正次数少、利于自动加工，适用于从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单晶晶面方向性解理的缺点,具有较多的性能优势：

　　1、高硬度。PCBN刀具的硬度仅次于金刚石，大大高于硬质合金和陶瓷刀具，因此可以加工硬度为ＨＲＣ６０以上的淬硬钢、铸铁和硬质合金．

　　2、高耐磨性。PCBN刀具的耐磨性远远高于硬质合金和陶瓷，其使用寿命通常是陶瓷刀具的３～５倍，硬质合金刀具的５～１５倍．

　　3、高化学惰性。PCBN与铁族元素及其合金材料在１２００～１３００℃时不易发生化学反应，克服了聚晶金刚石刀具与铁的化学亲和性；具有较高的抗氧化能力，对各种材料的粘结、扩散作用比硬质合金小得多。

　　4、高热稳定性。PCBN的耐热性可以达到１４００℃，比金刚石刀具（７００～８００℃）高得多．经使用证明１１００℃以上的切削温度仍能维持高锋利的切削性能，适合于干式切削。

　　5、高导热性。在各类刀具材料中，PCBN的导热系数是７９．５４Ｗ／（ｍ·ｋ），仅次于金刚石，远远好于硬质合金，且随着温度的升高，PCBN的导热性能还会有所提高。

　　6、低摩擦系数。与其他刀具材料相比，PCBN摩擦系数低。PCBN与不同材料间的摩擦系数大致为0.1～0.3，而硬质合金为0.4～0.6，而且随着切削速度的提高，摩擦系数呈减小趋势，从而使切削力减小，并减少刀屑粘刀现象。

　　在磨削领域的应用

　　立方氮化硼磨具具有十分优异的磨削性能，不仅能完成难磨材料的加工、提高生产率，有效提高工件磨削质量，还能严格控制工件的形状和尺寸，提高磨后工件的表面完整性，因而提高零件的疲劳强度，延长使用寿命。

　　立方氮化硼微粉适用于树脂、金属、陶瓷等结合剂体系，亦可用于生产聚晶复合片，还可用做松散磨粒、研磨膏等。立方氮化硼作为磨具材料，使用寿命长、耐磨性好。但是，单晶立方氮化硼也存在晶粒尺小，各向异性，存在容易劈裂的解理面等不足之处。

　　由于立方氮化硼具有诸多的性能优势，同时它的的生产过程相比其它超硬材料而言，能源消耗少和环境污染小。因此，立方氮化硼的使用是对金属磨削加工的一大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。