超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼
立方氮化硼刀具五大力学性能三大加工范围
立方氮化硼刀具五大力学性能、三大加工范围立方氮化硼是20世纪70年代才发展起来的一种新型刀具材料，它是继人工合成金刚石之后，利用高温、高压技术获得了第二种无机超硬材料，它具有以下几方面的优良的物理力学性能。
（一）CBN硬度大CBN是现阶段最硬的材料之一，其围观硬度大约为（8000~9000HV），仅次于金刚石（9000~10000HV）的硬度。
在加工淬火钢及灰铸铁时，CBN刀具的耐磨性比硬质合金、陶瓷和金刚石刀具都高得多，因此能保证达到高的加工精度和高的刀具耐用度。
（二）CBN热稳定性好CBN的耐热性可达1400~1500℃，比金刚石的耐热性（700~800℃）高得多，CBN在1370℃以上才由立方晶格而开始转化。
CBN在不同温度下的硬度比Al2O3+TiC陶瓷及硬质合金都高。
由于CBN的这一特性，用来加工高温合金（如高镍或高钴基耐热合金）时，CBN刀具的切削速度可以为硬质合金的4-6倍。
CBN和金刚石不一样，它与铁系元素亲和力削，直到1200~1300℃时也不易与铁系元素起化学反应。
金刚石的热稳定性欠佳，在700~800℃就开始碳化，形成CO2而完全失去硬度。
且易于与铁系元素起反应，因此金刚石刀具不适宜加工钢铁材料。
CBN没有金刚石的这个缺点，故能加工许多硬质材料。
（三）CBN的化学惰性很大。
它和金刚石不一样，与铁系材料直至1200~1300℃时也不易起化学作用。
因此，CBN刀具可用于加工淬火钢和铸铁，粘结磨损和扩散磨损都很小。
而金刚石则不适宜加工这类材料。
CBN在1000℃以下不会产生氧化现象。
试验证明，在空气重加热到1000℃时，CBN晶体与氧化合，在表面产生一层氧化硼薄膜，它像保护层一样，可防止进一步氧化。
但是，CBN在高温下与水要起化学反应BN+3H2O=H3BO3+NH3。
由于水解作用，造成大量CBN被磨损。
因此在湿式切削时，要注意选择切削液。
在高温下切削时，一般采用干切削。
（四）CBN具有良好的导热性CBN的导热性大大地高于陶瓷和硬质合金，但赶不上金刚石。
PCBN刀具的性能优势及加工领域
PCBN刀具的性能优势及加工领域随着现代技术和切削技术的不断进展，很多刀具材料相继显现，刀具进展由高速钢刀具—硬质合金刀具—吐涂层硬质合金刀具—陶瓷刀具—立方氮化硼刀具。
其中立方氮化硼刀具1970年开始使用于切削刀具，并且由于其良好的加工性和可高速切削的性能，使之成为加工高硬度难加工材料的手选择刀具材料。
接下来就实在介绍一下立方氮化硼刀具的性能优势及加工领域。
一、立方氮化硼刀具的性能（1）硬度高，耐磨性好：立方氮化硼刀具的硬度仅此与金刚石刀具，和金刚石刀具统称为超硬刀具。
由于其较高的硬度也使立方氮化硼刀具具有良好的耐磨性。
（2）具有很高的热稳定性：耐热性可达1400℃～1500℃，比金刚石的耐热性（700℃～800℃）高出一倍，是刀具材料中耐热性最高的，故可加工高温合金材料。
（3）具有很好的化学稳定性：与铁系材料到1200℃～1300℃不起化学作用。
（4）良好的导热性：CBN的导热系数（79.54W/m.k）仅次于金刚石（146.5W/m.k），随着切削速度的提高，CBN的导热系数也渐渐增高。
这有利于降低切削区的温度而削减扩散磨损。
二、立方氮化硼刀具的分类立方氮化硼刀具分为整体聚晶立方氮化硼刀具和焊接式立方氮化硼刀具。
整体聚晶立方氮化硼刀具是通体都是一种牌号—立方氮化硼，此刀片中心没有孔，属于机夹可转位刀具，需专门配置刀杆；二焊接式立方氮化硼刀具是只有刃口部位是立方氮化硼材料，基体是硬质合金材质。
此类中心有中心孔，其配备刀杆和硬质合金刀具的刀杆通用。
三、立方氮化硼刀具的应用随着切削技术的不断进展，立方氮化硼刀具广泛应用于高硬度难加工材料的加工。
（1）立方氮化硼刀具可以车代磨，硬车削高硬度难加工材料由于立方氮化硼刀具具有较高的硬度和耐磨性，红硬性。
所以采纳华菱超硬整体聚晶立方氮化硼刀具可以车代磨硬车削高硬度难加工材料。
（2）高速切削随着现代技术的进展，由于工件如汽车零部件刹车盘、制动鼓均属于批量生产，由数控车床铸件替代一般车床加工刹车盘、制动鼓。
金刚石和CBN
金刚石和CBN
金刚石和立方氮化硼砂轮(CBN)
金刚石和立方氮化硼砂轮(CBN)是众所周知的研磨材料之一，通常被称为“超级研磨剂”。
正因为这个原因，它非常适用于加工和研磨使用碳化硅或刚玉等常规磨料很难甚至不可能研磨的材料。
金刚石和CBN有同样的晶体结构，金刚石是由纯碳组成，CBN是由氮和硼组成。
不同材料的硬度对比
金刚石
由于很好的硬度，金刚石非常适用于加工以下材料：
- 所有的硬质合金
- 金属陶瓷
- 氧化物和非氧化物陶瓷
- PCD/PCB
- 硬度高的合金
- 蓝宝石和玻璃
- 铁素体
- 石墨
- 增强纤维合成物
- 珍贵的石材
由于金刚石由纯碳组成，所以它不适用于加工钢材。
在研磨中产生的高温会使钢中的碳和金刚石反应，腐蚀金刚石颗粒。
CBN（立方氮化硼）
CBN由硼、氮两元素组成，和金刚石相比，CBN没有碳原子，很适合加工钢。
CBN可加工以下材料：
–硬度在54HRc以上的钢
–高速钢（HSS）
–钨铬钴合金
–表面镀镍的合金
下图显示了CBN和金刚石不同的热稳定性，当金刚石温度达到700度以上时，它的硬度会大大降低。
而CBN在1000度以上时，硬度仍可以保持不变。
金刚石和CBN的热稳定性图。
超硬磨料砂轮及应用
超硬磨料砂轮及应用超硬磨料砂轮是一种由超硬材料制成的磨具，常用于加工硬度高、脆性大的材料，如金属、玻璃、陶瓷等。
超硬磨料砂轮具有高硬度、高热稳定性、高耐磨性和较低的磨損率等特点，因而在工业生产中广泛应用。
超硬磨料砂轮的材料主要有金刚石和立方氮化硼（CBN)两种。
金刚石是一种具有极高硬度和较高热导率的材料，适用于磨削硬度很高的材料，例如硬质合金、石英、玻璃等。
立方氮化硼则是一种类似金刚石的超硬材料，适用于磨削具有较高硬度和较高化学稳定性的材料，如高速钢、工具钢、合金钢等。
超硬磨料砂轮的制造过程主要包括粉末冶金、烧结和成型。
首先，需要将金刚石或CBN原料粉末与金属粉末相混合，并采用高温高压条件下进行烧结，使其形成块状或片状的超硬材料。
然后，根据需要的形状和尺寸，将超硬材料进行雷射切割、机械切割等加工，即可形成超硬磨料砂轮。
超硬磨料砂轮具有较高的磨削效率和加工精度，能够实现高速、高精度的磨削加工。
在金属切削加工中，常用超硬磨料砂轮进行工件的磨削、修整和抛光加工，能够提高工件的表面质量和精度，并使工件具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
在玻璃、陶瓷等非金属材料的加工中，超硬磨料砂轮也被广泛应用于平面磨削、球面磨削和切割加工等工艺中。
超硬磨料砂轮在切削加工、磨削加工、抛光加工等领域都有广泛的应用。
例如，在刀具制造行业中，超硬磨料砂轮可用于对刃具的磨削、修整和表面处理，提高刃具的硬度和寿命。
在航空航天行业中，超硬磨料砂轮被用于加工航空发动机的高温合金零件，能够满足零件对尺寸精度、表面质量、寿命等方面的要求。
在汽车制造行业中，超硬磨料砂轮可用于对汽车发动机的铸件、曲轴、减速器齿轮等部件进行磨削加工，提高零件的精度和耐磨性。
超硬磨料砂轮的应用还在不断拓展。
随着材料科学的发展和新材料的出现，人们对超硬磨料砂轮的性能和加工效果提出了更高的要求。
为了满足不同材料加工的要求，现在已经发展出了各种不同类型的超硬磨料砂轮，如带冷却剂的砂轮、电解磨削砂轮、CBN砂轮、金刚石砂轮等。
超硬材料的研究进展
超硬材料基础
超硬材料基础（磨聊磨聚）1超硬材料：金刚石和立方氮化硼及以金刚石和立方氮化硼为主要成分的聚晶、复合片。
2金刚石为什么不适合加工铁基金属材料：由于金刚石在磨削高温下能与Fe基金属材料发生化学作用，金刚石中的碳与这些元素发生作用，生成碳化物，产生粘刀显现，使用寿命缩短，加工质量下降，因此，金刚石不适合加工钢材，包括普通钢和各种韧性合金钢。
此类材料一般使用cBN工具加工。
2超硬材料今后的主要发展方向：单晶合成(采用不同原料、不同的高温高压合成设备和不同工艺，合成不同的单晶产品)单晶分选（合成的单晶产品，按照颗粒形状、粒度、堆积密度、杂质含量以及强度、韧度、耐热性等性能指标的不同进行分选，从而分为不同的单晶晶种）表面镀覆（经过分选的不同品种的单晶，利用化学镀、电镀、真空镀等表面镀覆）聚晶制造（利用金刚石单晶粉末或石墨粉以及适当的金属粉和非金属粉等原材料，按照适当的配方，采用相应的工艺方法（高压高温烧结法或直接生长法），制造具有不同的形状、规格、性能和用途的聚晶）薄膜生长（采用在低压条件下的各种气相沉积生长法，制造具有特殊性能和较大尺寸的金刚石薄膜或类金刚石薄膜）4人造金刚石合成基本方法：动态高压法、静态高压法、化学气相沉积（CVD）--亚稳态生长5静压触媒法：是指在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的高压高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。
6列举金刚石的主要优异性能：最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、耐腐蚀7金刚石结构的电子结构和晶体结构：电子结构：根据杂化理论，C原子在反应时，激发一个2s电子到2pz 轨道上去。
一个s轨道和三个p轨道混合起来，形成四个新轨道---sp3等价杂化轨道，每个sp3杂化轨道具有1/4的s成分和3/4的p成分，形状都相同，这四个轨道的对称轴之间的夹角都是109。
28、。
晶体结构：在金刚石晶体中，每个C原子与相邻的四个C原子按照等价的sp3杂化轨道形成四个共价键。
常用的超硬刀具材料有哪些有何主要特点
常用的超硬刀具材料有哪些金刚石金刚石是目前世界上已发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性等性能，在有色金属和非金属加工中得到广泛的应用，尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。
超硬刀具材料_近年来，由于数控机床的普及和数控加工技术的高速发展，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及。
金刚石刀具现在和将来都是数控加工中不可缺少的重要刀具。
立方氮化硼(CBN)立方氮化硼是氮化硼的同素异构体，其结构与金刚石相似，硬度高达8000～9000HV，耐热度达1400℃，耐磨性好。
近年来开发的多晶立方氮化硼(PCBN)是在高温高压下将微细的CBN颗粒通过结合相烧结在一起的多晶材料，既能胜任淬硬钢(45~65HRC)、轴承钢(60~64HRC)、高速钢(63~66HRC)、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工。
陶瓷刀具陶瓷刀具是最有发展潜力的刀具之一，目前已引起世界工具界的重视。
在工业发达的德国，约70%加工铸件的工序是由陶瓷刀具来完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%~10%。
超硬刀具材料_由于数控机床、高效无污染切削、被加工材料硬等因素，迫使刀具材料必须更新换代，陶瓷刀具正是顺乎潮流，不断改革创新，在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiC晶液制成晶须增韧陶瓷材料，SiC晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋，它能成为阻挡或改变裂纹扩展方向的障碍物，使刀具的韧性大幅度提高，是一种很有发展前途的刀具材料。
为了提高纯氧化铝陶瓷的韧性，加入含量小于10%的金属，构成所谓金属陶瓷，这类刀具材料具有强大的生命力，正以强劲势头向前发展，也许将来会自成一系，成为刀具材料家族新成员。
超硬刀具材料_陶瓷刀具的主要原料是Al2O3、SiO2、碳化物等，它们是地壳中最富足的资源，发展此类刀具不存在原料来源问题。
超硬刀具材料的种类-超硬刀具材料特性【常用】
超硬刀具材料的种类-超硬刀具材料特性【常用】超硬刀具是现代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。
超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。
它们的硬度大大高于其他物质。
超硬刀具材料的种类超硬刀具材料，尤其是金刚石，其种类较多。
立方氮化硼有CBN单品粉，用于制作磨具；还有PCBN聚晶片及PCBN聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具。
立方氮化硼是人造的。
金刚石分天然金刚石(ND)与人造金刚石。
人造金刚石有PCD单晶粉，用于制作磨具；PCD单晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金刚石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作为光学、电子高科技原材料。
超硬刀具材料的特性1981年国际硬物质科学会议认为，硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，能加工诸如硬质合金（硬度1600―1800HV）、刚玉（2000HV）、碳化硅（2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。
通常所说的超硬材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN（立方氮化硼）2种材料，由于天然金刚石市场价格十分高，所以，目前我国生产超硬刀具时大多采用聚晶立方氮化硼（PCBN）、人造聚晶金刚石（PCD）以及它们之间的复合材料。
超硬刀具材料具有以下性能特点：（1）高的硬度。
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。
PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8～12倍；CBN晶体结构与金刚石类似，因此具有与金刚石相近的硬度和强度；CBN微粉的显微硬度为8000～9000HV，其烧结体PCBN的硬度一般为3000～5000HV。
（2）高的耐磨性。
刀具材料应有好的抵抗磨损的能力，它取决于材料的力学性能，化学成分和组织结构刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。
超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼
超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼(二)刀具资料库 2009-03-21 05:59:09 阅读70 评论0 字号：大中小摘要：介绍了超硬刀具材料(金刚石与立方氮化硼)在加工不同工件材料时的切削数据。
工件材料包括铜、铝合金和一些难加工材料。
文中列出较多的试验数据和曲线，阐述了超硬刀具的切削性能和切削处理。
关键词：超硬材料；金刚石；立方氮化硼；刀具；切削性能；切削机理1 前言随着现代科技的发展，各种新型工件材料得到了发展和应用。
其中有不少是难加工材料，且其加工精度与技术条件的要求越来越高。
传统的刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足上述加工的需要，而必须采用超硬材料刀具。
由于超硬刀具材料与被加工材料之间的摩擦系数很小，制成刀具时能够刃磨、研磨出极其锋利的切削刃。
故超硬材料刀具可以进行精密切削与超精密切削。
在这一方面，金刚石刀具尤为突出，人们常用金刚石刀具对有色金属及其合金进行超精密切削。
利用超硬材料刀具有高硬度、高杨氏模量、高导热性能与低摩擦、低热膨胀的特点，故可切削各种硬材料和难加工材料。
但是，除考虑超硬刀具材料与被加工材料之间机械、物理性能和匹配以外，还应注意它们之间化学性能的匹配。
本文中将阐明PCPN刀具加工淬硬钢与冷硬铸铁的优越性，和金刚石刀具不能切削淬硬钢的原因，并列出切削试验数据。
本文还将介绍超硬材料刀具切削难加工材料(如纯Mo、纯W数种硬脆非铁质金属与非金属材料以及复合材料等)的情况，列出切削试验数据，分析切削机理。
2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢用PCBN刀具车削淬硬钢T10A(60～63HRC)，并与人造金刚石(PCD)、硬质合金YS8、Si3N4基复合陶瓷刀具进行对比。
图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20° PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°不加切削液。
超硬材料
Question
1、什么是超硬材料？
2、金刚石类型与氮元素含量的关系？ 3、金刚石的颜色反应出金刚石的什么信息？
超硬材料 ：主要指金刚石、立方氮化硼；显微硬度
>30GPa的材料
硬度有各种表示方法
金刚石概述： 钻石是主要由碳元素组成的等轴晶系天然矿物，摩氏
1、颜色
纯净金刚石无色透明
常见：黄色、浅黄色、棕
色、浅棕色、灰色、黑色 少见：蓝色、玫瑰色、紫 色 颜色稳定，离子轰击可染 色
硼铌：黑色
氮、铁、钴、钛：深绿色
硅和硼：黄色 偏高铬：天蓝色 铝、铁：黄色 颜色反映了杂质的种类和存在状态，对合成和原料的
选择具有指导意义
硬度10，密度3.52(±0.01) g44。(国家标准）
“使用钻石名词不考虑产地。”（国家标准） 钻石被称为宝石之王 钻石占宝石总销售额的80%。 金刚石最早首先发现于印度（公元前3000–5000年）
世界最大的首饰级金刚石是1905年在南非发现的
“库利南”，重3106克拉（成年男子拳头大小）。 1907年12月9日，南非德兰士瓦地方政府将库里南 赠送给了英王爱德华三世（用15万英磅收购的）作 为生日礼物。让荷兰阿姆斯特丹的阿斯查尔公司 加工的，琢磨费时8个月，加工费8万英磅，库利 南加工成9颗大钻，96颗小钻，总重1063.65克拉， 约为原石重的1/3，其中最大的一颗钻石叫“库利 南Ⅰ”，或“非洲之星Ⅰ”为具64个刻面的梨形 钻石， 重为530.20ct，为现今世界已知的最大钻 石，镶嵌在英国国王的王杖上。
库利南Ⅰ
英王权杖
库里南Ⅱ
英国王冠
天然金刚石是怎样形成的？ 金刚石是在高温、高压下，碳元素的分子结构经过一系列的
金刚石和立方氮化硼特点及使用场合
金刚石和立方氮化硼是两种极其硬度和耐磨损的材料，它们在各自的特性和使用场合上有着许多值得探讨的地方。
1. 金刚石的特点和使用场合金刚石是自然界中最坚硬的材料，其硬度大于任何其他自然材料，因此具有极高的耐磨损性。
金刚石晶体结构坚硬而稳定，使其在钻头、研磨工具和切削工具等工业领域有着广泛的应用。
金刚石还具有良好的导热性和导电性，因此在电子工业和热管理领域也有着重要的用途。
2. 立方氮化硼的特点和使用场合立方氮化硼，也被称为C-BN，是一种由碳原子和氮原子组成的超硬材料，其硬度和耐磨性仅次于金刚石。
与金刚石相比，立方氮化硼的化学惰性更强，更不易与其他化合物发生化学反应。
这使得立方氮化硼在高温、高压和腐蚀性环境下有着更广泛的应用，尤其是在金属切削加工和陶瓷加工等领域。
3. 金刚石和立方氮化硼在工业和科学研究中的地位金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，已经成为工业制造和科学研究中不可或缺的材料。
其极高的硬度和耐磨性，使得金刚石和立方氮化硼在材料加工、精密加工和机械加工中发挥着关键作用。
在科学研究领域，金刚石和立方氮化硼的特性也被广泛应用于高压实验、光学材料和半导体材料等领域。
4. 个人观点和总结在我看来，金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，其重要性不言而喻。
它们不仅在工业制造、科学研究和高新技术发展中发挥着不可替代的作用，同时也拓展了人类对材料的认识和应用。
深入了解金刚石和立方氮化硼的特点和使用场合，对于每个工程技术人员和科研工作者来说都至关重要。
通过对金刚石和立方氮化硼的深入了解，我们不仅可以更好地选择和应用这些超硬材料，还可以在加工和研究中不断取得新的突破和进展。
金刚石和立方氮化硼的特点和使用场合具有极其重要的意义，其深远影响已经不仅仅局限于材料本身，还涉及到整个工业与科学领域的发展。
金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，在工业和科学研究中发挥着重要作用。
它们的特点和使用场合丰富多样，深入了解和研究这两种材料对于推动材料科学和相关领域的发展至关重要。
立方氮化硼生产工艺
立方氮化硼生产工艺
立方氮化硼（cubic boron nitride，CBN）是一种晶体形态与金
刚石相似的氮化硼。
它具有硬度高、热稳定性好、化学惰性等优良性能，被广泛应用于超硬材料制备、磨削与切削工具制造等领域。
立方氮化硼的生产工艺主要包括以下几个步骤：
1. 原料准备：使用均质粒度的氮化硼和铝作为主要原料。
氮化硼的纯度要求较高，一般达到99%以上。
2. 混合：按照一定比例将氮化硼和铝混合均匀，一般将氮化硼与粉末铝的重量比控制在1:1左右。
3. 热压烧结：将混合好的粉末放入石墨模具中，并进行加热压制。
通常采用高温高压烧结工艺，温度达到1800℃以上，压
力达到10GPa以上。
4. 晶化处理：进行热处理，使烧结体中的氮化硼和铝发生反应，生成立方相的氮化硼晶体。
温度和时间的控制非常重要，一般在1700～2100℃的温度范围内进行晶化处理。
5. 制备成品：通过切割、磨削等加工工艺将晶化后的立方氮化硼块体制备成所需形状的CBN刀具、磨料等产品。
需要注意的是，立方氮化硼的生产工艺可能因生产商不同而略有差异，以上为一般的生产工艺流程。
cbn材料
cbn材料CBN材料是一种新型的超硬材料，具有极高的硬度和耐磨性。
CBN是立方氮化硼（Cubic boron nitride）的简称，其硬度仅次于金刚石。
CBN材料适用于加工高硬度材料，如高速钢、硬质合金和陶瓷等。
CBN材料具有以下几个显著的特点：1. 极高的硬度：CBN材料的硬度接近于金刚石，几乎是其他常见硬质材料的两倍。
这使得CBN材料能够在加工中保持较长时间的刀具寿命，并提高加工效率。
2. 高温稳定性：CBN材料在高温下仍能保持稳定的性能，不易发生热膨胀和热震裂纹。
因此，CBN材料适用于高速、高温的切削加工过程。
3. 优异的导热性：CBN材料具有良好的导热性能，可以迅速将热量传导出去，降低加工温度，减少刀具磨损和变形。
4. 耐磨性强：CBN材料能够在高负荷和高速度下保持较长时间的使用寿命。
这种耐磨性使得CBN材料成为加工硬度较高的材料的理想选择。
5. 化学惰性：CBN材料对大多数化学介质具有较好的惰性，不易被化学物质侵蚀。
这使得CBN材料更加耐用和稳定。
CBN材料由于其卓越的性能，在工业制造领域得到了广泛应用。
例如，CBN砂轮可用于高速切削、精密磨削和超精密加工；CBN刀具可用于切削硬质材料和精密加工高硬度钢；CBN涂层可以提高刀具的耐磨性能等。
值得一提的是，虽然CBN材料的硬度优于其他材料，但在实际应用中，CBN材料仍存在其它一些局限性。
比如，CBN材料的价格较高，制备难度较大，限制了其大规模应用；此外，CBN材料也不适用于加工铁系材料，因为CBN材料对铁具有较高的亲和力，容易形成刀具焊接。
总之，CBN材料是一种卓越的超硬材料，具有极高的硬度和耐磨性，以及优异的导热性和高温稳定性。
CBN材料在工业制造领域有着广泛的应用前景，尤其适用于加工硬度较高的材料，如高速钢、硬质合金等。
尽管CBN材料存在一些局限性，但随着科技的进步，CBN材料的制备技术不断改进，相信其在未来将有更广泛的应用。
超硬刀具金刚石刀具介绍
超硬刀具金刚石刀具介绍PCD聚晶金刚石刀具;CVD金刚石膜刀具(物理涂层)PVD物理涂层金刚石刀具PCBN聚晶立方氮化硼刀具;一、概述超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。
包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。
超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。
许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。
随着科技的进步，制造业的高速发展，CNC 加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，超硬刀具的生产及应用也越来越广泛。
PCD和PCBN刀具已广泛应用于机械加工的各个行业，如汽车零部件的切削加工，强化木地板的加工等，极大地促进了切削加工及先进制造技术的飞速发展。
二、切削材料及超硬材料发展史3、金刚石、超硬材料的特性与作用众所周知，金刚石材料的成分是碳，金刚石与铁系有亲和力，切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700度，否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。
因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应，与黑色金属(铁碳合金)在加工中会发生化学磨损，所以，金刚石不能用于加工黑色金属只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN即使在1000oC的高温下，切削黑色金属也完全能胜任。
已成为未来难加工材料的主要切削工具材料。
一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。
这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。
1．PCD金刚石烧结体（PCD）的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。
PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。
金刚石和立方氮化硼特点及使用场合
金刚石和立方氮化硼特点及使用场合【知识文章】金刚石和立方氮化硼特点及使用场合1. 引言金刚石和立方氮化硼作为两种重要的超硬材料，具有独特的物理和化学特性，在多个领域具有广泛的应用。
本文将深入探讨金刚石和立方氮化硼的特点，以及它们在不同场合的使用。
2. 金刚石的特点和特性金刚石是一种由碳元素构成的晶体，具有极高的硬度和优异的热导率。
其晶体结构稳定，堆积紧密，形成刚硬的结晶物质。
金刚石的硬度达到10级，是目前已知的最硬的物质。
金刚石还具有高的折射率和耐腐蚀性。
3. 金刚石的制备和加工技术金刚石的制备和加工主要有化学气相沉积、高温高压合成和超高频等技术。
其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过气相中碳的沉积和结晶形成金刚石晶体。
高温高压合成是一种通过将碳材料在高压和高温下转变为金刚石的方法。
超高频则是一种应用高频电磁辐射来加热和形成金刚石晶体的技术。
4. 金刚石的应用领域4.1 机械加工和切割领域由于金刚石的硬度极高，它在机械加工和切割领域有着广泛的应用。
金刚石切割工具可以用于切割混凝土、金属和岩石等材料，具有高效、精确和耐用的特点。
4.2 电子领域金刚石具有良好的电导率和热导率，使其在电子领域有广泛的应用。
金刚石可以用作半导体材料、光电子器件和传感器等，其优异的特性确保了设备的高效工作和长期稳定性。
4.3 医疗领域由于金刚石具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，它被广泛应用于医疗领域。
金刚石可以用于手术刀片、骨科植入物和医疗工具等，提高了手术的精确性和治疗的效果。
5. 立方氮化硼的特点和特性立方氮化硼在硬度和热导率方面接近金刚石，是一种具有高性能的超硬材料。
它的晶体结构稳定、成分均一，具有优良的化学稳定性和热稳定性。
立方氮化硼的硬度较金刚石稍低，但相对金刚石更易加工和形成复杂形状。
6. 立方氮化硼的制备和加工技术立方氮化硼的制备和加工一般采用热压烧结、化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积等技术。
热压烧结是一种常用的方法，通过将立方氮化硼粉末加压和高温烧结形成坚固的材料。
CBN材料的性能
CBN材料的性能CBN（立方氮化硼）是一种人工合成的超硬材料，具有出色的磨损和耐化学腐蚀性能。
以下是关于CBN材料性能的详细介绍。
1. 硬度：CBN是已知的最硬的材料之一，其硬度仅次于金刚石。
CBN 的硬度在Rockwell量规C刻度上约为90-98，比钢高出数倍，这使得CBN 成为切削和打磨应用中的理想选择。
2.热稳定性：CBN具有出色的热稳定性，可以在高温环境下保持其机械性能。
CBN的熔点达到3500°C，远高于金刚石的熔点（3600°C），这使得CBN材料可以在高温下进行切削和打磨操作。
3.化学稳定性：CBN对大多数化学物质具有较高的耐腐蚀性。
它可以在酸、碱和其他强腐蚀性介质中长时间使用而不受损。
这种化学稳定性使CBN成为在高化学腐蚀环境中使用的理想材料。
4.磨损抗性：CBN具有出色的磨损抗性，可用于切削和打磨高硬度材料。
其在高速切削中的性能比大多数传统工具材料更持久，且不容易产生脱落和磨损。
5.热导率：CBN具有较高的热导率，可有效传导热量，将大部分热量带走，有助于降低材料的温度，从而减少切削时产生的热损伤。
6.电子性能：CBN是一种绝缘体，不导电。
这使得CBN材料可以在高电压和高频率下使用，而不会对电子设备产生干扰。
7.抗压缩性：CBN具有较高的抗压缩性能，可以承受高压力的应用。
这使CBN成为制造高质量工具的理想材料。
8.生物相容性：CBN对生物相容性较好，不会引起人体的过敏反应或其他有害影响。
因此，CBN可用于医疗器械和其他涉及人体接触的应用。
总之，CBN材料具有出色的硬度、热稳定性、化学稳定性、磨损抗性和热导率等性能特点，适用于广泛的应用领域，如金属切削、打磨工具、磨具、高温短时间加工以及化学和生物工艺等。
随着科学技术的不断发展，CBN材料的性能还将继续改善和优化，以满足不同应用需求。
超硬刀具材料
超硬刀具材料超硬刀具材料是一种具有极高硬度和耐磨性的刀具材料，被广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等行业。
本文将介绍超硬刀具材料的定义、性能特点、应用领域和发展趋势。
超硬刀具材料是指硬度超过1500HV的材料，主要由金刚石和立方氮化硼两种材料组成。
其硬度比传统的钢材高出数倍，具有出色的耐磨性和耐高温性能，可用于高速切削、高精度加工等领域。
超硬刀具材料的主要性能特点如下：1. 极高的硬度：超硬刀具材料的硬度远超过传统的钢材，能够抵抗硬物的磨损和切削力的作用，具有长寿命的特点。
2. 优异的耐磨性：超硬刀具材料能够忍受高速摩擦和高温烧结的环境，不易磨损，并且保持精确的切削形状。
3. 良好的热稳定性：超硬刀具材料在高温条件下保持稳定的性能，不易软化和脱落，适用于高温加工环境。
4. 低摩擦系数：超硬刀具材料具有较低的摩擦系数和良好的自润滑性能，能够减少切削时的摩擦和热量，提高切削效率。
超硬刀具材料主要应用于以下领域：1. 机械制造：超硬刀具材料可用于加工硬质合金、陶瓷材料和高硬度不锈钢等难加工材料。
2. 汽车制造：超硬刀具材料用于汽车发动机缸体、缸头、曲轴等零部件的加工，提高加工效率和产品质量。
3. 航空航天：超硬刀具材料适用于加工航空零部件、航天器件和复合材料，提高加工精度和效率。
4. 电子器件：超硬刀具材料可用于加工半导体材料、光纤和硬盘等电子器件的零部件，提高生产效率和质量。
超硬刀具材料的发展趋势主要有以下几个方向：1. 提高硬度和耐磨性：超硬刀具材料的硬度和耐磨性是其关键性能，未来的发展将致力于进一步提高材料的硬度和耐磨性，以满足更严苛的工况需求。
2. 优化材料结构：超硬刀具材料的结构设计对其性能有重要影响，未来的发展将注重优化材料的晶格结构和界面结合方式，提高材料的强度和稳定性。
3. 开发新型材料：除了金刚石和立方氮化硼，未来的发展将尝试开发新型超硬刀具材料，如纳米结构材料和新型陶瓷复合材料等，以满足更多应用领域的需求。
中国超硬材料
中国超硬材料
中国超硬材料是指在常温下具有极高硬度和耐磨性的材料，主要包括金刚石和立方氮化硼两大类。
金刚石是自然界中最坚硬的材料，而立方氮化硼则是人工合成的超硬材料，二者在工业领域有着广泛的应用。
首先，金刚石是一种由碳元素构成的同素异形体，在自然界中极为罕见，因其在地壳深部高温高压条件下形成，通常需要通过矿石开采或人工合成来获取。
金刚石具有极高的硬度和热导率，因此被广泛应用于切削、磨削、钻孔等工业领域。
例如，金刚石刀具可以用来加工硬质材料，金刚石磨具可以用来磨削玻璃、陶瓷等材料。
其次，立方氮化硼是一种人工合成的超硬材料，具有比金刚石更高的硬度和耐磨性。
立方氮化硼是由氮元素和硼元素构成的化合物，其晶体结构类似于金刚石，因此也被称为“白色金刚石”。
立方氮化硼具有优异的化学稳定性和热稳定性，因此被广泛应用于刀具、轴承、喷嘴等领域。
例如，立方氮化硼刀具可以用来加工高硬度材料，立方氮化硼轴承可以用在高速高温环境下。
在中国，超硬材料产业得到了快速发展，已经形成了完整的产业链条。
中国超硬材料的生产商和研发机构不断进行技术创新和产品升级，推动了超硬材料在工业领域的广泛应用。
中国超硬材料产品不仅满足国内市场需求，还出口到世界各地，赢得了国际市场的认可。
总的来说，中国超硬材料在世界范围内处于领先地位，不仅在技术水平上具有竞争优势，而且在市场占有率上也具备强大的竞争力。
随着科技的不断进步和产业的不断发展，相信中国超硬材料产业将迎来更加美好的未来。
立方氮化硼结构
立方氮化硼结构立方氮化硼（cubic boron nitride，简称CBN）是一种类似于金刚石的超硬材料，具有优异的物理和化学性质。
它由硼原子和氮原子通过共价键结合而成，形成了立方晶体结构。
本文将对立方氮化硼的结构和性质进行详细介绍。
一、立方氮化硼的晶体结构立方氮化硼的晶体结构属于立方晶系，空间群为Fd-3m，每个晶胞包含两个硼原子和两个氮原子。
其晶格常数为a=3.615 Å。
立方氮化硼晶体中的硼原子和氮原子交替排列，形成了类似于钻石的立方晶体结构。
这种结构使得立方氮化硼具有类似于金刚石的硬度和优异的热导性能。
二、立方氮化硼的物理性质1.硬度：立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，居于世界之首。
它的硬度可达到48~52 GPa，是金刚石硬度的2倍以上。
这使得立方氮化硼成为制备高硬度刀具和磨料的理想材料。
2.热导性：立方氮化硼具有优异的热导性能，其热导率约为金刚石的4倍。
这使得立方氮化硼在高温环境下有良好的热稳定性，可以用于制备高温刀具和磨料。
3.化学稳定性：立方氮化硼在常温下具有良好的化学稳定性，不受大多数酸和碱的侵蚀。
这使得立方氮化硼可以用于制备耐酸碱刀具和化学反应器。
4.电绝缘性：立方氮化硼是一种优秀的电绝缘体，具有较高的电阻率。
这使得立方氮化硼可以用于制备电子元件和绝缘材料。
三、立方氮化硼的应用领域1.切削加工：立方氮化硼具有优异的硬度和热导性能，可以用于制备高硬度刀具，用于高速切削、磨削和车削加工。
它可以加工各种硬度的金属材料，如铸铁、钢、高温合金等。
2.磨料研磨：立方氮化硼作为一种超硬磨料，可以用于制备砂轮、研磨片等磨具，用于高精度磨削和抛光加工。
它在航空航天、汽车制造等领域有广泛的应用。
3.化学反应器：立方氮化硼具有良好的化学稳定性，可以用于制备耐酸碱的化学反应器。
它在化工、制药等领域有重要的应用。
4.电子元件：立方氮化硼作为优秀的电绝缘体，可以用于制备电子元件，如集成电路、高压绝缘材料等。
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超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼(二)
刀具资料库2009-03-21 05:59:09 阅读70 评论0 字号：大中小
摘要：介绍了超硬刀具材料(金刚石与立方氮化硼)在加工不同工件材料时的切削数据。
工件材料包括铜、铝合金和一些难加工材料。
文中列出较多的试验数据和曲线，阐述了超硬刀具的切削性能和切削处
理。
关键词：超硬材料；金刚石；立方氮化硼；刀具；切削性能；切削机理
1 前言
随着现代科技的发展，各种新型工件材料得到了发展和应用。
其中有不少是难加工材料，且其加工精度与技术条件的要求越来越高。
传统的刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足上述加工
的需要，而必须采用超硬材料刀具。
由于超硬刀具材料与被加工材料之间的摩擦系数很小，制成刀具时能够刃磨、研磨出极其锋利的切削刃。
故超硬材料刀具可以进行精密切削与超精密切削。
在这一方面，金刚石刀具尤为突出，人们常用
金刚石刀具对有色金属及其合金进行超精密切削。
利用超硬材料刀具有高硬度、高杨氏模量、高导热性能与低摩擦、低热膨胀的特点，故可切削各种硬材料和难加工材料。
但是，除考虑超硬刀具材料与被加工材料之间机械、物理性能和匹配以外，还应
注意它们之间化学性能的匹配。
本文中将阐明PCPN刀具加工淬硬钢与冷硬铸铁的优越性，和金刚石刀具不能切削淬硬钢的原
因，并列出切削试验数据。
本文还将介绍超硬材料刀具切削难加工材料(如纯Mo、纯W数种硬脆非铁质金属与非金属材料以及复合材料等)的情况，列出切削试验数据，分析切削机理。
2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢
用PCBN刀具车削淬硬钢T10A(60～63HRC)，并与人造金刚石(PCD)、硬质合金YS8、Si3N4
基复合陶瓷刀具进行对比。
图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min
刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°
PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20°
PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°
不加切削液。
图2所示为YS8与Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损曲线。
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，0=44m/min
刀具几何参数：γ0=-8°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=0.5mm。
不加切削液。
由图1、图2可以看出，在车削淬硬钢时，Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损略小于YS8硬质合金，
它们的切削速度低，ν=44m/min。
在切削速度高达ν=84m/min时，PCBN的后刀面磨损量大为减缓。
切削时间近30min，VB=0.25～0.3mm。
但PCD刀具急剧磨损。
因为在700℃以上，金刚石在Fe元素的催化作用下转化为石墨而失去了硬度。
金刚石中的C元素易向淬硬钢工件方面扩散，降低刀具的硬度。
在700～800~C温度下，它也能
产生氧化反应：
C+O→CO
CO+O→CO2
作者还用PCBN刀具车削淬硬合金钢CrMnB(60～64HRC)，切削用量、刀具几何参数同上，但切削速度从18m/min到150m/min范围内变化，分为6档，得到6条磨损曲线；然后规定磨钝标准为
VBs=0.2mm，进一步得到T-ν曲线如图3所示。
其泰勒(Taylor)方程：ν=11000/T1.84
虽然6把PCBN刀具的切削数据比较分散，但仍有刀具耐用度随切削速度提高而降低的规律。
但m=1.84，比一般刀具的m值大得多，说明切削速度在18～150m/min范围内对刀具耐用度的影响很小。
3 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具车削冷硬铸铁
用PCBN刀具车削球墨冷硬铸铁(含C 2.8～3.5％，Mn 0.4～1.0％，Si 0.3～3.2％)，硬度为58
～68HS。
切削用量：αp=O.3mm，f=0.22mm/r，v=-60m/min
刀具几何参数：γ0=-3°，α0=8°，κr =84°，λs =0°，rε=0.6mm，bγ1=O.25mm，γ01=-15
°，不加切削液。
图4为这一组试验的磨损曲线。
可见PCBN刀具的耐用度相当长，切削路程达8000m时，VB值仅
为0.16mm。
若用硬质合金YG6X刀具车削冷硬铸铁，切削速度只能采用6～10m/min，其刀具耐用度和加工
效率均比PCBN刀具低得多。
在工业工程与机械制造中，黑色金属特别是钢、铁用量最大，故PCBN在钢、铁的硬切削中能发
挥重大作用。
PCBN刀具正可补金刚石刀具之不足。
4 超硬刀具切削纯钼、纯钨
用CVD金刚石厚膜刀具车削纯钼棒，硬度为125HBS。
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，v=32.3～64m/min
切削试验中：兼用硬质合金813作对比。
刀具几何角度：
CVD γ0=-5°，α0=7°，κr =45°，λs =3°，rε=0.5mm
813 γ0=30°，α0=9°，κr =90°，λs =O°，rε=0.3mm
不用切削液。
CVD厚膜金刚石刀具用两种切削速度：第一种：ν=64m/min，与813对比，此时CVD刀具磨损甚快。
第二种：ν=32.3m/min，也不如813。
刀具磨损曲线如图5所示。
由图5可见，硬质合金813刀具用ν=64m/min车削纯钼时，刀具磨损比CVD金刚石刀具慢得多，CVD金刚石刀具的切削速度降低到32.3m/min时，也不能改变这一状况。
好像金刚石刀具的高硬度不起作用。
有人认为，制造纯钼时，可能渗入了少量的碳元素，而形成了钼的碳化物，其硬度很高(Mn2C为74HRA)；还可能形成钼的氮化物和氧化物。
从而使金刚石刀具在加工中容易磨损。
还有人认为金刚石与Mo能产生化学反应，改变了刀具表面层与刀尖部分的性质，使刀具磨损加快。
作者倾向于后一种解释。
总之，金刚石刀具不适合切削纯钼；生产中钼的加工常使用硬质合金刀具。
再用CVD金刚石与PCBN刀具车削纯钨棒(硬度350HBS)，兼与硬质合金YS8刀具作对比。
切削用量：αp=0.1mm，f=0.04mm/r，ν=2.99m/min
刀具几何参数：
CVD γ0=-5°，α0=8°，κr =75°，rε=O.5mm
CBN γ0=O°，α0=8°，κr =75°，rε=0.5mm，bγ=0.2mm，γ01=-15°
YS8 γ0=20°，α0=8°，κr =75°，rε=0.5mm。
不用切削液。
刀具磨损曲线如图6所示。
再用CVD金刚石刀具车削纯钨，改变三种切削速度，切削深度％与进给量f同上，做切削试验，得T-v曲线如图7(VBs=0.05mm)和图8(VBs=0.07mm)所示。
由图6～图8可以看出，纯钨是很难加工的。
切削速度仅为2.99m/min时，YS8刀具很快磨损失效。
CVD金刚石与PCBN刀具尚可胜任；但当切削速度提高后，CVD金刚石刀具的使用寿命也不是很长，且前刀面产生月牙洼磨损。
有人认为，钨元素易与碳元素化合形成高硬度的WC(2000HV)，导致刀具磨损，甚至还有其他化学作用。
那么，PCBN刀具的切削机理又是如何？故金刚石与立方氮化硼刀具加工钼、钨
的切削机理尚待进一步探讨。
根据图7、图8，可得T-ν曲线的泰勒(Taylor)方程。
CVD金刚石厚膜刀具车削纯钨
当VBs=0.05mm时，在ν=15～20范围内，
Taylor方程为ν=18/T0.726
当VBs=0.07mm时，
taylor方程为ν=50/T0.88
方程中的T的指数值亦远远大于一般刀具。
一般刀具，其指数仅为0.2左右。