CBN立方氮化硼

立方氮化硼

立方结构的氮化硼，分子式为BN,其晶体结构(图1)类似金刚石，硬度略低于金刚石，为HV72000～98000兆帕，常用作磨料和刀具材料。1957年，美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。

1简介编辑

立方氮化硼

cubic boron nitride

立方结构的氮化硼，分子式为BN，其晶体结构（图1）类似金刚石，硬度略低于金刚石，为HV72000～98000兆帕，常用作磨料和刀具材料。1957年，美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。

很长一段时间里，立方氮化硼被认为在自然界不存在，直至2009年，美国加州大学河滨分校、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家和来自中国、德国科研机构的同行一起，在中国青藏高原南部山区地下约306公里深处古海洋地壳的富铬岩内找到了这种矿物，其在大约1300摄氏度高温、118430个大气压的高压条件下形成了晶体。该团队以中国地质科学院地质研究所教授方青松的名字将新矿物命名为qingsongite（后缀ite表示矿物）。国际矿物学协会在2013年8月正式承认了这是一种新的矿物——立方氮化硼。其原子结构与金刚石中的碳原子结构类似,因此它具有高密度的特性,硬度可媲美钻石,常被用作磨料和刀具材料。立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride）是20世纪50年代首先由美国通用电气（GE）公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。

立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提高工件的磨削质量。立方氮化硼的使用是对金属加工的一大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。

2分类编辑

立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方氮化硼和触媒在压力为3000～8000兆帕、温度为800～1900℃ 范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的晶形有四面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的，颗粒尺寸通常在1毫米以下。它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化学惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料，如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。用立方氮化硼磨具磨削钢材时，大多可获得高的磨削比和加工表面质量。

3制作方法编辑

立方氮化硼多晶烧结体的主要制法有：①用立方氮化硼微粉和少量结合剂(如钴、铝、钛和氮化钛等），在压力4000～8000兆帕、温度为1300～1900℃下烧结而成；②以立方氮化硼微粉和结合剂为一层，以硬质合金（片或粉）为一层，在上述压力、温度下把两者烧结在一起，制得带

立方氮化硼

硬质合金衬底的多晶烧结体，这种烧结体具有高的强度，同时保持立方氮化硼的原有理化性能，可制成直径达16毫米的圆片，切割加工成适当形状后，作为车刀和镗刀的刀头，适于切削淬火钢、铸铁和镍基合金等。

4最新新闻编辑

腾讯科学讯（悠悠/编译）据美国连线杂志报道，钻石并不是世界上最坚硬的材料，目前，1月份出版的《自然》杂志撰文指出一种最新材料已超越了钻石的硬度。

科学家人工合成纳米等级的立方氮化硼

科学家最新人工合成纳米等级的立方氮化硼，其硬度已超越钻石，成为世界上最硬的物质

来自芝加哥大学等多所高校科学家组建的一支研究小组指出，超硬材料立方氮化硼是将氮化硼微粒压缩成一种超坚硬物质形式。科学家测试结果显示，这种透明的材料甚至超越了钻石的硬度，其维氏硬度达到108 GPa，而合成钻石的维氏硬度为100 GPa，并且该材料是商用立方氮化硼硬度的两倍。

这种材料的最大秘密在于纳米结构，田永军(音译)和其它研究人员开始使用类似洋葱结构的氮化硼微粒(像俄罗斯套娃玩偶结构)在1800摄氏度高温下压缩至

15GPa，大约承受汽车轮胎压力值的68000倍，这种晶体材料将重组，形成纳米结构。

在纳米晶体结构下，邻近的原子共享一个边界，这就像是一些公寓住宅。为了使这种材料变得更加坚硬，科学家降低了这些微粒的体积，从而使它变得更加坚硬，无法被刺穿。

田永军解释称，这种纳米结构可以使物质变得更坚硬，难以被刺穿，对于氮化硼而言，维持特征强度的平均尺寸是4纳米，但相应的结果立方氮化硼在高温环境下非常稳定。

未来这种超硬材料与当前商用较低硬度的立方氮化硼价格相当，或许未来可用于机械加工、碾磨、钻探、切削工具，以及用于制造科学仪器。[1]

5应用范围编辑

立方氮化硼[2]磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，且有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效地提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲劳强度，延长了使用寿命，增加了可靠性，再加上立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面比普

通磨料生产为好，所以，扩大立方氮化硼磨具的生产和应用是机械应用是机械工业发展的必然趋势。

1．含钨、含钨钼和其它高速钢，特别是钒合金钢，钴合金钢、特种高速钢刀具的刃磨和粗磨。

⒉由耐热钢，不锈钢和高硬度的合金结构钢制成的精密零件的精磨和终磨。这些零件用普通磨具时因磨具消耗或磨钝过快，而不能获得很高的精度。

3．对局部热应力和热冲击敏感的各种材料（如铸磁体，铁淦氧）零件的磨削。4．大型精密工件（机床导轨，高精度机床的丝杠）的精磨和终磨。这些工件往往由于磨削温度高而引起较大的热变形，从而未能获得高的精度。

5．在自动和半自动机床上大批量生产的工件（仪表和微型轴承的零件）的精磨和终磨。

⒍要求磨具具有良好的棱角保持性的复杂型面工件（插齿刀，拉刀，高精度齿轮，靠模，冲头）的磨削。

7。螺纹刀具和螺纹量规（丝锥，螺纹滚子，螺纹塞规等）的型面磨削。

8．难加工耐热钢工件的超精加工。

9．其它钢淬火工具的珩磨。

6切削应用编辑

用PCBN刀片精车淬硬钢

加工硬铸铁和灰口铸铁

高速镗削铸件孔

铰削淬硬钢或硬铸件小孔

材料切削

采用PCBN刀具精车淬硬钢，其工件硬度高于45HRC，效果最好。其切削速度一般为80～120m/min，工件硬度越高，切削速度宜取低值，如车硬度为70HRC的工件，其切削速度宜选60～80m/min。精车的切深在0.1～0.3mm，进给量在0.05～0.025mm/r，精车后的工件表面粗糙度为Ra0.3～0.6μm，尺寸精度可达0.013mm。若能采用刚性好的标准数控车床加工，PCBN刀具的刚性好和刃口锋利，则精车后的工件表面粗糙度可达Ra0.3μm，尺寸精度可达0.01mm，可达到用数控磨床加工的水平。如果机床刚性好，选用的切削速度较低，则选用PCBN复合刀片可精车断续表面。精车加工余量一般为0.3mm左右，尽可能提高工件淬火前的尺寸精度和减少热变形，以保证精车时切削余量均匀，延长PCBN刀具的使用寿命。精车一般不用切削液，因为在较高的切削速度下，大量的切削热由切屑带走，很少会停留在工件表面而影响加工表面质量和精度。精车刀片宜选用强度和韧性高的80°菱形刀片，刀尖半径在0.8～1.2mm之间，为保护刀具刃口，使用前需用细油石倒棱。精车淬硬工件是一门新工艺，实施前需做工艺试验，可用与工件材