立方氮化硼:人工合成的新型材料-中文百科頻道

簡介

立方氮化硼單晶體顆粒很小，僅可作磨料。為能做成刀具，還需将它進一步加或不加各種結合劑（相）再經高溫高壓聚合燒結成聚晶立方氮化硼PCBN（Polycrystalline Cubic Boron Nitride）的各向同性的多晶塊體。以它制成能滿足多種高速高效加工要求的、整體的或與硬質合金複合為一體的刀片（此時PCBN一般約為0.5mm厚），再把它焊接或機械夾固做成各種用途的刀具，它們通稱CBN切削工具。

曆史

自1957年R·H·Wentrof率先試制成功CBN以來，20世紀60-70年代初，蘇聯、德國、中國、日本和英國相繼合成出各國的第一顆CBN。

特點

立方氮化硼（CBN）的硬度僅次于金剛石。而與金剛石不同的是，它在加工鐵金屬時幾乎不會發生化學反應。通過一種高溫高壓工藝，人們可以在硬質合金上粘結一層緊密均勻的聚晶體立方氮化硼鍍層。這種聚晶體立方氮化硼簡稱PKB 。BZN* -刀片可替代傳統的磨削工藝，對硬化處理過的鋼鐵材料（HRC 45-68）也能進行高速精加工，切削速度可達到80-200m/min。BZN* -刀片也用于切削珠光體鑄鐵以及硬質鑄鐵和合金鑄鐵等。

制法

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℃ 範圍内制得。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）。工業生産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。它具有優于金剛石的熱穩定性和對鐵族金屬的化學惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韌的材料，如高速鋼、工具鋼、模具鋼、軸承鋼、鎳和钴基合金、冷硬鑄鐵等。用立方氮化硼磨具磨削鋼材時，大多可獲得高的磨削比和加工表面質量。

立方氮化硼多晶燒結體的主要制法有：①用立方氮化硼微粉和少量結合劑(如钴、鋁、钛和氮化钛等)，在壓力4000～8000兆帕、溫度為1300～1900℃下燒結而成；②以立方氮化硼微粉和結合劑為一層，以硬質合金（片或粉）為一層，在上述壓力、溫度下把兩者燒結在一起，制得帶硬質合金襯底的多晶燒結體，這種燒結體具有高的強度，同時保持立方氮化硼的原有理化性能，可制成直徑達16毫米的圓片，切割加工成适當形狀後，作為車刀和镗刀的刀頭，适于切削淬火鋼、鑄鐵和鎳基合金等。

應用

CBN主要用作制造磨具與刀具，就是說用于磨削和切削。CBN磨具與普通磨具（剛玉，碳化矽磨具）相比，具有磨削鋒利、耐磨性好、加工效率高（便于實現自動化）、加工表面質量優（工件表面内有壓應力）、加工精度高、使用壽命長、單位加工成本低、節能和改善環境等優點，因而它廣泛應用于汽車、拖拉機、軸承、機床、齒輪、工具、磨具、航天航空、軍工等許多行業，特别是适用高速鋼、耐熱鋼、不鏽鋼、熱敏材料等硬度高、韌性大、高溫強度高、熱傳導率低的材料的精密磨削加工。

陶瓷CBN磨具不僅具有切削鋒利、切削力小、生産效率高、使用壽命長、易于整形與修銳、磨削精度高等優點，而且還具有磨削工件溫度低、能消除表面拉應力而産生殘餘應力，使工件耐用度提高30%-50％的特點，因此，陶瓷結合劑CBN磨具近年來獲得異軍突起的發展。