文档介绍：多晶立方氮化硼
李启泉
多晶立方氮化硼(PCBN)是加工淬硬铁族金属及合金的性能优异的刀具材料。
但是由于CBN的合成是在超高压高温条件下实现的,受到高压腔体的限制和合成技术方面的困难,要想得到高质量的大颗粒CBN单晶十分困难。
。就是用晶种-温度梯度法合成的大单晶,其尺寸也不过在3mm左右。作为刀具用,尺寸还太小。其次,立方氮化硼单晶虽然很硬,但受晶体解理机构的影响,在有些加工应用中,还显得不够理想。在这种情况下,CBN聚晶特别是带衬底的聚晶复合片应运而生。
一是解决了CBN的尺寸问题,~50mm的大块的PCBN材料。
二是由于材料是属多晶组织,不存在解理问题,使PCBN材料的韧性得到了大幅度的提高。正因为如此,多晶立方氮化硼得到了迅速的发展。
PcBN的特点及发展概况
PcBN是以cBN为主要原料,在不加入结合剂或者加入少量的结合剂条件下经高温高压烧结而成的。
它的硬度仅次于金刚石,并且对铁族金属元素有很高的化学稳定性,因此常用作刀具材料进行切削加工。
PcBN主要有以下几个特点:

PcBN的显微硬度可达HV3000~5000,它的硬度主要取决于cBN的含量,我们知道,cBN的单晶显微硬度达HV8000~9000,而PcBN中一般cBN的含量在40%~90%之间,因此,PcBN的硬度随着cBN的含量增加而增高。

在加工淬火钢及灰铸铁时,PcBN刀具的耐磨性远高于陶瓷刀具和硬质合金刀具,是陶瓷刀具的20多倍,是硬质合金刀具的50多倍。因此,能保证高的加工精度和高的刀具耐用度。

PcBN的耐热性可达1000~1300℃,比金刚石的耐热性(700~800℃)高得多,并具有抵抗周期性高温作用的能力,由于这一特性可用它来高速加工高温合金,其切削速度可为硬质合金刀具的4~6倍。

PcBN本身结构稳定,化学惰性大,与其它材料的亲和力小,不易发生化学反应,与铁族材料直至1200~1300℃时也不易起化学作用。因此在高温高压和高速运动的切削条件下,PcBN刀具几乎不发生因粘结和化学扩散而引起的磨损。试验证明,cBN颗粒在空气中加热到1000℃时,其晶体氧化后在表面产生一层氧化硼薄膜,它可防止进一步氧化;不过,cBN在高温下与水起化学反应,由于水解作用造成大量cBN被磨耗;因此,切不可用水或水溶性润滑剂作为润滑冷却液,在高温下切削最好是干式切削。

W/m·K, W/m·K,大大高于硬质合金,并且随着温度的升高,PcBN的导热系数逐渐增大,这可有利于刀具切削区的温度和热量扩散,提高刀具的耐用度。

~,较低的摩擦系数使切削力减小,切削温度降低,不易产生积屑,有利于降低加工材料的表面粗糙度。