聚晶立方氮化硼(PCBN)的发展与应用.docx

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1、聚晶立方氮化硼（PCBN）的发展与应用1、前言  聚晶立方氮化硼（PCBN）是以硬质合金为基底，上面铺放一层立方氮化硼（CBN）单晶细粉（0.5～1.6mm厚）加粘结剂经高温（1400～2600℃）、高压（7～9Gpa）下压制而成的聚晶刀具材料。  聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具主要用于数控机床、多用途机床、自动线、专用高速机床、柔性生产单元或柔性生产系统对淬火钢、模具钢、硬度为HRC45~68的冷硬铸铁、淬硬锻造钢件；硬度值为HRC45~65的镍镉冷硬耐磨铸铁件；渗碳氮化或渗碳火焰淬火的淬硬件；硬度值接近HRC

2、60的淬硬冷拔钢件；白口铸铁或压铸件；合金钢、工具钢、热喷涂、焊材料进行精加工和半精加工，同时能高速切削HRC35以上钴基和镍基高温合金、热喷涂材料、硬质合金、陶瓷及其他难加工材料，可进行高速车削、铣削、镗削、钻（铰）削等，使用车、铣代替磨削的最主要的刀具。  PCBN刀具的硬度仅次于金刚石，大大高于陶瓷刀具和硬质合金刀具，因而可加工HRC60以上的淬火钢、灰口铁、白口铁以及硬度高达HRC70以上的YG5、YG20、YG25硬质合金，其寿命为陶瓷刀具的3－5倍、硬质合金刀具的5－15倍。高耐磨性和长寿命大大提高了

3、工件的加工精度，减少了换刀和磨刀的次数，提高了工效。目前国内CBN磨料的制备技术已趋于成熟。解决PCBN刀具的关键技术成为“超硬材料行业”的当务之急。  第一、解决汽车制造业、轴承行业、大型铸、锻件高精加工的关键工具，具有高精度、高效率、高耐用度、综合成本低的关键刀具材料。  第二、国防工业加工高耐磨合金、喷涂材料必不可少的工具。  第三、具有广泛的市场前景，在机械加工业，可加工各种黑色金属，特别是PCBN可成为替代硬质合金刀具的新型材料，是硬质合金刀具材料加工综合效益的8－10倍。  第四、可形成较大的产业化基

4、地，年产值达到十亿元以上。  第五、其研究水平可达到国际先进水平，替代进口，并能出口创汇。 2、聚晶立方氮化硼（PCBN）的特性 ①高硬度和优良的耐磨性CBN是人工合成的，其硬度仅次于金刚石，晶粒硬度可达HV8000～HV9000，远远高于陶瓷和硬质合金。PCBN复合片的硬度(通常为HV3000～HV5000)主要取决于CBN的含量，一般CBN含量在40%～95%之间。随着CBN含量的增加，PCBN的硬度增加；而耐磨性与CBN含量之间不是单调关系，不同加工条件下有不同最佳值，加工模具钢时，CBN含量大约为55%时

5、，其刀具最耐磨。②立方氮化硼有很高的热稳定性  立方氮化硼的耐热温度高达1400－1500℃，比金刚石的耐热温度（700－800℃）几乎高一倍。立方氮化硼在1370℃以上才由立方晶体转变为六方晶体而开始软化，用它制作刀具可以高速切削高温合金，其切削速度比硬质合金刀具高3－5倍。  ③立方氮化硼有极强的化学稳定性  立方氮化硼是化学惰性特别大的物质，在中性还原气体介质中，对酸碱都是稳定的，与碳在2000℃时才起反应，与铁族材料在1200－1300℃时也不起反应。立方氮化硼与各种材料的粘结和扩散作用比硬质合金小得多，

6、可以用来切削金刚石不能切削的钢铁材料。  ④立方氮化硼的导热性能好  立方氮化硼的导热系数为79.54w/m.k,仅次于金刚石（146.5w/m.k）.并且随着温度得体高立方氮化硼的导热系数逐渐增大，有利于切削区的温度和刀具的扩散磨损。 ⑤较低的摩擦系数：PCBN与不同材料的摩擦系数为0.1－0.3，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，有利于提高加工材料的表面质量。  ⑥可重磨。PCBN刀具的聚晶切削刃采用先进的镶嵌工艺，镶嵌牢固。可采用粒度180－240目的人造金刚石树脂砂轮在普通工具磨床上

7、刃磨，方便用户，降低刀具成本。 3、PCBN技术发展趋势  由于CBN的三高性；高硬度、高的热稳定性和高的与铁族元素的惰性，在工业发达国家将其作为提高及加工工业中的经济效益（节能、高效、精密、自动化）的重要工具材料加以发展，尤其在军工、宇航、喷涂焊加工工业中更为突出。  由于单晶CBN的粒度小，而且存在易劈裂的“解理面”，不能直接用于制造切削刀具，因此在工业上作切削刀具大多是聚晶的PCBN，PCBN是由无数细小的CBN单晶构成，PCBN因而无方向性，会使劈裂的影响大大减少，而且随着切削过程刀具的磨损，会连续露出新

8、鲜的晶体。  CBN单晶表面有一层致密的氧化硼薄膜，这层薄膜阻碍了CBN晶粒间的直接键合，所以难得到CBN与CBN之间的直接键合的高强度的PCBN，因而在聚合过程中加入多种结合剂材料以加强CBN晶粒间的连接。  目前国内外PCBN的结合剂基本有两种类型。第一种是由金属及其合金组成的金属结合剂。这种结合剂对提高PCBN的韧性起到良好的作用，但在高温条件下结合剂软化，对PCB