簡介

立方氮化硼

立方氮化硼單晶體顆粒很小，僅可作磨料。為能做成刀具，還需將它進一步加或不加各種結合劑（相）再經高溫高壓聚合燒結成聚晶立方氮化硼PCBN（Polycrystalline?Cubic?Boron?Nitride）的各向同性的多晶塊體。以它制成能滿足多種高速高效加工要求的、整體的或與硬質合金復合為一體的刀片（此時PCBN一般約為0.5mm厚），再把它焊接或機械夾固做成各種用途的刀具，它們通稱CBN切削工具。

歷史

自1957年R·H·Wentrof率先試制成功CBN以來，20世紀60-70年代初，蘇聯、德國、中國、日本和英國相繼合成出各國的第一顆CBN。

特點

立方氮化硼（CBN）的硬度僅次于金剛石。而與金剛石不同的是，它在加工鐵金屬時幾乎不會發生化學反應。通過一種高溫高壓工藝，人們可以在硬質合金上粘結一層緊密均勻的聚晶體立方氮化硼鍍層。這種聚晶體立方氮化硼簡稱PKB?。BZN*?-刀片可替代傳統的磨削工藝，?對硬化處理過的鋼鐵材料（HRC?45-68）也能進行高速精加工，切削速度可達到80-200m/min。BZN*?-刀片也用于切削珠光體鑄鐵以及硬質鑄鐵和合金鑄鐵等。

制法

立方氮化硼有單晶體和多晶燒結體兩種。

單晶體是把六方氮化硼和觸媒在壓力為3000～8000兆帕、溫度為800～1900℃?范圍內制得。典型的觸媒材料選自堿金屬、堿土金屬、錫、鉛、銻和它們的氮化物。立方氮化硼的晶形有四面體的截錐、八面體、歪晶和雙晶等）。工業生產的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面鍍金屬的，顆粒尺寸通常在1毫米以下。它具有優于金剛石的熱穩定性和對鐵族金屬的化學惰性，用以制造的磨具，適于加工既硬又韌的材料，如高速鋼、工具鋼、模具鋼、軸承鋼、鎳和鈷基合金、冷硬鑄鐵等。用立方氮化硼磨具磨削鋼材時，大多可獲得高的磨削比和加工表面質量。

立方氮化硼多晶燒結體的主要制法有：①用立方氮化硼微粉和少量結合劑(如鈷、鋁、鈦和氮化鈦等)，在壓力4000～8000兆帕、溫度為1300～1900℃下燒結而成；②以立方氮化硼微粉和結合劑為一層，以硬質合金（片或粉）為一層，在上述壓力、溫度下把兩者燒結在一起，制得帶硬質合金襯底的多晶燒結體，這種燒結體具有高的強度，同時保持立方氮化硼的原有理化性能，可制成直徑達16毫米的圓片，切割加工成適當形狀后，作為車刀和鏜刀的刀頭，適于切削淬火鋼、鑄鐵和鎳基合金等。

應用

CBN主要用作制造磨具與刀具，就是說用于磨削和切削。CBN磨具與普通磨具（剛玉，碳化硅磨具）相比，具有磨削鋒利、耐磨性好、加工效率高（便于實現自動化）、加工表面質量優（工件表面內有壓應力）、加工精度高、使用壽命長、單位加工成本低、節能和改善環境等優點，因而它廣泛應用于汽車、拖拉機、軸承、機床、齒輪、工具、磨具、航天航空、軍工等許多行業，特別是適用高速鋼、耐熱鋼、不銹鋼、熱敏材料等硬度高、韌性大、高溫強度高、熱傳導率低的材料的精密磨削加工。

陶瓷CBN磨具不僅具有切削鋒利、切削力小、生產效率高、使用壽命長、易于整形與修銳、磨削精度高等優點，而且還具有磨削工件溫度低、能消除表面拉應力而產生殘余應力，使工件耐用度提高30%-50％的特點，因此，陶瓷結合劑CBN磨具近年來獲得異軍突起的發展。

相關研究

中外科學家合成納米孿晶結構立方氮化硼

2013年1月出版的《自然》雜志報道，中國燕山大學（第一完成單位）、吉林大學及美國芝加哥大學等多所高?？茖W家組建的一支研究小組人工合成具有層片狀納米孿晶結構的納米多晶立方氮化硼塊材，其硬度已超越天然鉆石，成為目前世界上最硬的物質?？茖W家測試結果顯示，其維氏硬度達到108?GPa，而合成鉆石的維氏硬度為100?GPa，并且該材料是商用立方氮化硼硬度的兩倍。

河北燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室田永君教授主持了這項研究。該項目獲得了自然科學基金的持續資助，以具有類似俄羅斯套娃結構（或類似洋蔥結構）的六方氮化硼納米顆粒為初始原料，采用高溫高壓技術成功地合成出透明的納米孿晶結構立方氮化硼新材料。

納米孿晶cBN塊材及組織結構

這一新材料具有多種優良特性，其硬度超過金剛石單晶、韌性優于商用硬質合金、抗氧化溫度高于立方氮化硼單晶本身，有望成為鋼鐵材料加工行業中新一代刀具材料，具有廣闊應用前景。[1]

科學家在自然界中找到立方氮化硼

2013年8月，國際礦物學協會正式承認了一種新的礦物——立方氮化硼，其由美國、中國和德國的地質學家組成的國際研究團隊于2009年在自然界中找到，并被命名為qingsongite。而在此前，該礦物只能在實驗室中合成。

早在1957年，美國研究人員就采用人工方法在高溫高壓條件下首次合成了立方氮化硼，但天然的立方氮化硼一直未被發現。直至2009年，美國加州大學河濱分校、勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家和來自中國、德國科研機構的同行一起，在中國青藏高原南部山區地下約306公里深處古海洋地殼的富鉻巖內找到了這種礦物，其在大約1300攝氏度高溫、118430個大氣壓的高壓條件下形成了晶體。