10043-11-5 / 氮化硼晶體材料應(yīng)用

氮化硼晶體材料應(yīng)用
在100多年前，氮化硼在貝爾曼的實(shí)驗(yàn)室首次被發(fā)現(xiàn)，該材料得到較大規(guī)模發(fā)展是在20世紀(jì)50年代后期。氮化硼粉末具有松散、潤(rùn)滑、質(zhì)輕、易吸潮等性質(zhì)，顏色潔白。氮化硼制品呈象牙白色，氮化硼（BN）是一種性能優(yōu)異并有很大發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞沾刹牧?，包?種異構(gòu)體，分別是六方氮化硼（h-BN），纖鋅礦氮化硼（w-BN），三方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼（c-BN）和斜方氮化硼（o-BN）。目前對(duì)氮化硼的研究主要集中在對(duì)其六方相（H-BN）和立方相（C-BN）上的研究，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、電子、核能和航空航天領(lǐng)域。

圖1為氮化硼粉和氮化硼晶體圖。
隨著制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，切削 加工作為制造技術(shù)的基礎(chǔ)工藝，進(jìn)入 了以發(fā)展高效切削、開(kāi)發(fā)新切削工藝 和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的 新發(fā)展階段。與此同時(shí)，制造技術(shù)和 難加工材料的發(fā)展推動(dòng)著刀具技術(shù) 的發(fā)展，刀具技術(shù)也向著高態(tài)切削、高速切削、高精度和干式加工的方向 發(fā)展?？蓪?shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命加工的超硬刀具的應(yīng)用也日漸 普及，在汽車、航空航天、能源、軍事、模具等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
在機(jī)械加工中，刀具材料是決定加工效率、加工質(zhì)量和加工成本的關(guān) 鍵因素之一，正確選擇和應(yīng)用刀具材 料至關(guān)重要?，F(xiàn)代刀具材料主要是 高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷，它們主要 的硬質(zhì)相成分是碳化物、氮化物和氧 化物，加上粘結(jié)材料后，刀具的硬度 在 HV2000 以下。對(duì)于某些現(xiàn)代難 加工材料的加工，上述硬度已不能滿 足要求，于是超硬刀具材料便應(yīng)運(yùn)而生。PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具、 陶瓷刀具、涂層刀具等均具有很高的硬度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，能滿 足高速切削、干式切削、硬態(tài)切削等綠色制造的要求。由于 PCBN刀具 在加工精度、切削效率、刀具壽命等，各個(gè)方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，因 此，PCBN刀具的推廣和應(yīng)用可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
立方氮化硼 CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀(jì)50年代，首先由美國(guó)通用電氣(GE)公司利用人 工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度達(dá)HV8000，僅次于金剛石 （HV10000）而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他材料，它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。

圖2為PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具圖。
隨著刀片制造技術(shù)的發(fā)展，國(guó) 產(chǎn)PCBN刀具已經(jīng)取得了重要的進(jìn) 步，其刀片的物理性能發(fā)生了重要的變化，無(wú)論從價(jià)格上還是從品質(zhì)上，PCBN刀具都發(fā)生了革命。新型PCBN刀具的應(yīng)用必將會(huì)打破 PCBN刀具不能在重載切削領(lǐng)域和斷續(xù)切削狀態(tài)應(yīng)用的格局。PCBN刀具作為 21 世紀(jì)的主要換代刀具之一，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家工具使用總量中所占比重越來(lái)越大。難加工材料越來(lái)越多，作為切削難加工材料的主要刀具材料 PCBN前途一片光明。例如，飛機(jī)主體骨架（超 高強(qiáng)度鋼）的加工十分困難，研究用 PCBN刀具加工就是一個(gè)方向。另外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的高溫合金零件很難加工，目前用 PCBN 刀具加工的效 果還不十分理想，這顯然是一個(gè)十分誘人的攻關(guān)項(xiàng)目，一旦有所突破，必將給高溫合金加工領(lǐng)域帶來(lái)全新的變化。

參考文獻(xiàn)
[1] 杜淼. 氮化硼納米片的制備及其性質(zhì)研究[D]. 山東大學(xué), 2013.
[2] 高瑞. 六方氮化硼材料的制備及性能研究[D]. 山東大學(xué), 2010.
[3] .中國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)論壇。