立方氮化硼刀具材料概述
立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,简称CBN)是氮化硼(BN)的同素异构体之一,其晶体结构类似金刚石,硬度略低于金刚石,但远高于其他刀具材料,其与金刚石统称为超硬刀具材料,常用作磨料和刀具材料。
目前为止,立方氮化硼主要是通过人工合成的方法获得,有单晶体(CBN)与多晶体(即聚晶立方氮化硼,简称PCBN)之分。
单晶体立方氮化硼是以立方氮化硼为原料,加催化剂在4~8GPa高压、1400~1800℃高温条件下转化而成。由于受CBN制造技术的限制,目前制造直接用于切削刀具的大颗粒单晶体仍存在困难,成本很高,加之单晶CBN存在易劈裂的“解理面”,不能直接用于制造切削刀具,因而CBN单晶主要用于制作磨料和磨具。目前,工业上可用于切削刀具的立方氮化硼材料主要是聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具。
聚晶立方氮化硼(PCBN)是在高温高压条件下,将微细的CBN材料通过粘结剂(Al、Ti、TiC、TiN等)烧结而成的一种多晶材料。PCBN克服了CBN单晶体易理解和各向异性等缺点,非常适合制作刀具等工具。
立方氮化硼的硬度虽略次于金刚石,但却远远高于其他高硬度材料,下表所示为立方氮化硼与金刚石的性能比较。立方氮化硼突出优点是热稳定性比金刚石高得多,可达1200℃以上(金刚石为700~800℃),另一个突出优点是化学惰性大,与铁元素在1200~1300℃下也不起化学反应。
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