聚晶立方氮化硼按合成工艺大致可分为烧结型、生长型和生长-烧结型三种类型。
(1)烧结型PBN主要以cBN为原料,添加结合剂或者无结合剂在高温高压下烧结而成的BN-M-BN 和 BN-BN 键结合的聚晶块体,晶粒排列无序、宏观上无方向性、无解理面。
(2)生长型PcBN主要以六方氮化硼和触媒为原料,在高温高压条件下,使hBN转化为立方结构的cBN聚晶。因为在合成过程中伴有cBN晶粒的形核长大过程,故称之为生长型。
(3)生长-烧结型PcBN生长-烧结型PcBN的原料有cBN及hBN两种,在触媒参与下,hBN(包括部分逆转化时产生的hBN在内)向BN转变过程中,与原有cBN交互生长在一起。这种方式烧结的聚晶体称为生长-烧结型PcBN。
添加结合剂烧结的聚晶立方氮化硼按结合剂种类可分为金属结合剂型、陶瓷结合剂型、金属-陶瓷结合剂型。金属结合剂主要包括Ti、Al、Co、Ni、W等,金属结合剂的加入会降低聚晶立方氮化硼的硬度,但可以使聚晶立方氮化硼具有良好的韧性。
陶瓷结合剂主要包括Ti、Al的碳化物、硼化物、氮化物、碳氮化物等。使用陶瓷结合剂合成的PcBN具有良好的抗高温能力,但陶瓷结合剂PcBN存在室温下抗冲击性差、易崩刃破损、寿命短等缺陷。金属-陶瓷型结合剂则是在金属黏结剂中加入陶瓷成分,兼具了金属型和陶瓷型PcBN的优点,具有良好的耐磨性和韧性。
立方氮化硼复合材料按照合成复合方式可分为整体的PcBN复合材料和带硬质合金衬底的cBN复合材料两类,如图3-8-1所示。
整体 PCBN复合材料具有更多的刃口和更好的热传导性,因此可进行高速切削和粗加工;按添加成分的有无可分为无黏结剂cBN聚晶材料和有黏结剂的cBN聚晶材料两大类,前者是在较高的高温高压条件下将高纯度的六方氮化硼直接转化烧结或者以立方氮化硼微粉直接烧结,后者是在立方氮化硼微粉中添加一定比例黏结剂通过高温高压方法烧结,如图3-8-2。具有cBN-cBN键合的cBN 复合材料具有更好的热传导性和接近 cBN单晶的硬度,因此可进行高精密加工,来替代单品 cBN 或其他刀具材料的使用。
带硬质合金衬底的 cBN 复合材料通常称为PcBN 复合片,是通过黏结剂将聚晶立方氮化硼层和硬质合金基体用高温高压方法黏结在一起,硬质合金的存在可以显著增强刀具的整体韧性与可焊接性。cBN 复合材料应用较广的是带黏结剂的,其中,cBN含量不同得到的复合材料的硬度也不同,cBN含量越高硬度越大,热传导性越好,但韧性降低:黏结剂种类不同则用途也不同,表3-8-1列出了不同黏结剂 PcBN 所适合的加工工件材料。
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