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。

到目前为止，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（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，加触媒在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刀具。

PCBN是在高温高压条件下，将微细的CBN材料通过粘结剂（AI、Ti、TiC、TiN等)烧结而成的一种多晶材料。PCBN克服了CBN单晶体易解理和各向异性等缺点，非常适合制作刀具等工具。立方氮化硼的主要性能特点如下：

1. 高的硬度和耐磨性。CBN微粉的显微硬度为8000~9000HV,其PCBN烧结体的硬度达到3000~5000HV。在切削耐磨材料时，其耐磨性为硬质合金刀具的50倍，为涂层硬质合金刀具的30倍，为陶瓷刀具的25倍。

   

2. 具有很高的热稳定性。CBN的耐热性可达1400~1500℃以上，比金刚石的耐热性(700~800℃)几乎高1倍。CBN在1370℃时才开始由立方晶体变为六方晶体而开始软化。PCBN在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。因此，PCBN刀具可用比硬质合金刀具高3~5倍的速度高速切削高温合金和淬硬钢。

3. 优良的化学稳定性。CBN的化学惰性大，在1000℃以下不发生氧化反应。同时与铁系材料到1200~1300℃时也不易起化学作用，在还原性的气体介质中，对酸和碱都是稳定的。因此，PCBN刀具适合切削淬火钢零件和冷硬铸铁，可广泛应用于铸铁的高速切削。

4. 具有较好的导热性。CBN的热导率比金刚石低（约为金刚石的1/2),但远远高于高速钢、硬质合金等材料。在各类刀具材料中，PCBN的导热性仅次于金刚石。随着温度的升高，CBN和PCBN的热导率是增加的。PCBN刀具热导率高可使刀尖处温度降低，减小刀具的磨损，有利于加工精度的提高。在同样的切削条件下，PCBN刀具的切削温度要低于硬质合金刀具。

5. 具有较小的摩擦系数。CBN与不同材料间的摩擦系数约为0.1~0.3,比硬质合金的摩擦系数(0.4~0.6)小得多。随着切削速度的提高，摩擦系数减小。低的摩擦系数能使切削力减小、切削温度降低、加工表面质量提高。