立方氮化硼刀具材料

立方氮化硼（Cubic Boron Nitride,CBN)是氮化硼(BN)的同素異構體之一，其晶體結構類似金剛石，硬度略低于金剛石，但遠高于其他刀具材料，其與金剛石統稱為超硬刀具材料，常用作磨料和刀具材料。

到目前為止，立方氮化硼主要是通過人工合成的方法獲得，有單晶體(CBN)與多晶體（聚晶立方氮化硼，簡稱PCBN)之分。

單晶體立方氮化硼是以立方氮化硼為原料，加觸媒在4~8GPa高壓、1400~1800℃高溫條件下轉化而成。由于受CBN制造技術的限制，目前制造直接用于切削刀具的大顆粒單晶體仍存在困難，成本很高，加之單晶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單晶主要用于制作磨料和磨具。目前，工業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刀具。

PCBN是在高溫高壓條件下，將微細的CBN材料通過粘結劑（AI、Ti、TiC、TiN等)燒結而成的一種多晶材料。PCBN克服了CBN單晶體易解理和各向異性等缺點，非常適合制作刀具等工具。立方氮化硼的主要性能特點如下：

1. 高的硬度和耐磨性。CBN微粉的顯微硬度為8000~9000HV,其PCBN燒結體的硬度達到3000~5000HV。在切削耐磨材料時，其耐磨性為硬質合金刀具的50倍，為涂層硬質合金刀具的30倍，為陶瓷刀具的25倍。

   

2. 具有很高的熱穩定性。CBN的耐熱性可達1400~1500℃以上，比金剛石的耐熱性(700~800℃)幾乎高1倍。CBN在1370℃時才開始由立方晶體變為六方晶體而開始軟化。PCBN在800℃時的硬度還高于陶瓷和硬質合金的常溫硬度。因此，PCBN刀具可用比硬質合金刀具高3~5倍的速度高速切削高溫合金和淬硬鋼。

3. 優良的化學穩定性。CBN的化學惰性大，在1000℃以下不發生氧化反應。同時與鐵系材料到1200~1300℃時也不易起化學作用，在還原性的氣體介質中，對酸和堿都是穩定的。因此，PCBN刀具適合切削淬火鋼零件和冷硬鑄鐵，可廣泛應用于鑄鐵的高速切削。

4. 具有較好的導熱性。CBN的熱導率比金剛石低（約為金剛石的1/2),但遠遠高于高速鋼、硬質合金等材料。在各類刀具材料中，PCBN的導熱性僅次于金剛石。隨著溫度的升高，CBN和PCBN的熱導率是增加的。PCBN刀具熱導率高可使刀尖處溫度降低，減小刀具的磨損，有利于加工精度的提高。在同樣的切削條件下，PCBN刀具的切削溫度要低于硬質合金刀具。

5. 具有較小的摩擦系數。CBN與不同材料間的摩擦系數約為0.1~0.3,比硬質合金的摩擦系數(0.4~0.6)小得多。隨著切削速度的提高，摩擦系數減小。低的摩擦系數能使切削力減小、切削溫度降低、加工表面質量提高。