立方氮化硼（簡稱CBN）的性能類似于金剛石的性能，而且有些性能（例如熱穩(wěn)定性）優(yōu)于金剛石。因此，它與金剛石一樣具有廣泛的應用。





立方氮化硼的性能



1、硬度



物質(zhì)的硬度與組成晶格的原子間距有關，而且是隨著原子間距的減少，晶體硬度增大。CBN為1. 57埃，金剛石原子間的最短距離為1.5埃，因此，CBN (顯微硬度71.54GPa)的硬度稍低于金剛石，但比其他兩種主要磨料碳化硅(顯微硬度25.48~35.28GPa)和氧化鋁(顯微硬度17.64~27.44GPa)高得多。



利用努氏硬度計測定CBN單晶在[100]方向的硬度為4600kg/mm2,而金剛石為10000kg/mm2；CBN單晶在[110]方向的硬度為3200kg/mm2，而金剛石為7000kg/ mm2,這說明CBN的硬度是各向異性的，而且其硬度稍低于金剛石。



目前應用在生產(chǎn)中的超硬材料主要是指金剛石與立方氮化硼，立方氮化硼與立方金剛石有一個共同特征是它們結構中的共價鍵“鍵角”為109°28'。正是這個109°28'共價鍵鍵角，使得立方氮化硼與立方金剛石具有最高的硬度而被稱為超硬材料。



2、導熱性



立方氮化硼有很好的導熱性，其導熱系數(shù)(79.54w/m﹒k) ，雖趕不上金剛石(146.5 w/m﹒k)，但大大高于高速鋼(16.7~25.1w/m﹒k)和硬質(zhì)合金(20. 33 ~80.77 w/m﹒k)。隨著切削速度的提高，CBN的導熱系數(shù)也逐漸增高，這有利于降低切削區(qū)的溫度而減少擴散磨損。



同時，由于CBN良好的導熱性，用作散熱片僅次于金剛石。



3、熱穩(wěn)定性和抗氧化性



立方氮化硼具有很高的熱穩(wěn)定性，可承受1200℃以上的切削溫度，這一點優(yōu)于金剛石。立方氮化硼具有高的硬度和高的熱穩(wěn)定性（簡稱為高的熱硬性），可用作耐高溫材料，減輕對材料（工具）的熱損傷。



立方氮化硼的耐熱性主要是由它的成份及結構決定的。立方氮化硼雖然與金剛石具有相似的結構，但金剛石表面的碳原子鍵未飽和，在高溫(720℃以上) 條件下，這些未飽和的表面碳原子易與氧原子結合生成碳的氧化物而逸出晶體，使晶體逐漸剝離而解體。而立方氮化硼晶體表面為氮、硼原子所覆蓋，硼原子的電子層結構為1S22S22P1，可提供三個成鍵電子，使晶體表面的硼原子的價鍵處于飽和狀態(tài)沒有空懸鍵，因而在金剛石氧化溫度下仍處于相對熱穩(wěn)定狀態(tài)。



因此，CBN具有很高的抗氧化能力，在1000℃時也不會發(fā)生氧化現(xiàn)象。真空中，溫度至1550℃才發(fā)生從CBN至HBN的相變。



4、化學惰性



立方氮化硼的化學情性很大，在中性、還原性氣體介質(zhì)中對酸和堿具有很高的化學穩(wěn)定性。



CBN對于鐵、鋼和氧化環(huán)境同樣具有化學情性，在氧化時形成一薄層氧化硼，此氧化物為涂層提供了化學穩(wěn)定性，因此特別適合于加工黑色金屬材料。而金剛石則不然，鋼、鐵對碳的親和力大，因而磨削時易粘屑，導致磨削效果變劣。



5、單晶立方氮化硼的缺點



除了上述優(yōu)點外，單晶立方氮化硼晶粒由于尺寸小，各向異性，存在容易劈裂的解理面，脆性大，極容易發(fā)生解理破損。




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立方氮化硼的應用



立方氮化硼(CBN)在黑色金屬加工領域得到了廣泛的應用，使加工在實現(xiàn)高精度、高效率、節(jié)能和自動化方面邁出了一大步。立方氮化硼的出現(xiàn)給機械加工業(yè)帶來了巨大的利益。大量應用結果表明：立方氮化硼在黑色金屬加工中具有硬度高、韌性好、耐磨性好、使用壽命長等優(yōu)點，其金屬去除率是金剛石的10倍。經(jīng)濟效益顯著，綜合加工成本大大降低。



立方氮化硼(CBN)由于其與鐵族金屬及合金的相容性差，是處理鐵族硬韌性材料的主要工具之一。目前立方氮化硼主要用于生產(chǎn)磨具和刀具。


1、小顆粒的CBN單晶主要用作磨具材料。CBN磨具是借助于結合劑的作用將CBN磨粒粘結成具有一定幾何形狀的制品。作為一種超硬材料磨具，CBN磨具用于磨削加工，屬于新興的先進制造技術，既能用于鐵基材料的加工，也能用于非鐵金屬材料的加工，在金屬材料加工領域的應用范圍比金剛石磨具更廣。立方氮化硼磨具對于黑色金屬，特別是硬度高、韌性大、高溫時強度高和熱傳導率低的材料，具有良好的磨削性能，其金屬磨除率是金剛石的10倍，解決了硬而韌難磨材料的加工問題。立方氮化硼磨具用于高速高效磨削和珩磨加工，可使磨削效率大大提高；其磨削精度高，砂輪壽命長，節(jié)約了砂輪更換修整、機床調(diào)整和工件檢測等許多輔助時間。



2、立方氮化硼還可作為切削工具，如：鉆頭、車刀、絞刀、銑刀等，應用于加工工具鋼（包括高速鋼、模具鋼）、軸承鋼、不銹鋼、鎳基合金以及冷硬鑄鐵。在這些加工領域內(nèi)，CBN代替剛玉，取得了良好的經(jīng)濟效果。特別在加工HRC50以上的硬質(zhì)合金鋼時，由于CBN比剛玉鋒利，比金剛石性能穩(wěn)定，表現(xiàn)出一系列優(yōu)越性。