立方氮化硼

很長一段時間裡，立方氮化硼被認為在自然界不存在，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岩內找到了這種礦物，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。該團隊以中國地質科學院地質研究所教授方青松的名字將新礦物命名為qingsongite。國際礦物學協會在2013年8月正式承認了這是一種新的礦物立方氮化硼，其原子結構與金剛石中的碳原子結構類似，因此它具有高密度的特性，硬度可媲美鑽石，常被用作磨料和刀具材料。

立方氮化硼是20世紀50年代首先由美國通用電氣（GE）公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度僅次於金剛石而遠遠高於其它材料，因此它與金剛石統稱為超硬材料。

立方氮化硼是由六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的，是繼人造金剛石問世后出現的又一種新型產品。它具有很高的硬度、熱穩定性和化學惰性，以及良好的透紅外形和較寬的禁帶寬度等優異性能，它的硬度僅次於金鋼石，但熱穩定性遠高於金鋼石，對鐵系金屬元素有較大的化學穩定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分優異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產率，還能有效地提高工件的磨削質量。立方氮化硼的使用是對金屬加工的一大貢獻，導致磨削髮生革命性變化，是磨削技術的第二次飛躍。

聚晶立方氮化硼硬度很高，達8000~9000HV，僅次於金剛石的硬度；抗彎強度和斷裂韌性介於硬質合金和陶瓷之間；熱穩定性大大高於人造金剛石，在1300℃時仍可切削，具有很高的抗氧化能力，在1000℃時也不產生氧化現象，鐵元素的化學惰性也遠大於人造金剛石，與鐵系材料在1200至1300℃高溫時也不易起化學作用，但在1000℃左右時會與水產生水解作用，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具濕式切削時需注意選擇切削液種類。因此，立方氮化硼作為一種超硬刀具材料，可用於加工鋼、鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料，它還非常適合數控機床加工。

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℃ 範圍內製得。典型的觸媒材料選自鹼金屬、鹼土金屬、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。它具有優於金剛石的熱穩定性和對鐵族金屬的化學惰性，用以製造的磨具，適於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製法有：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，製得帶 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，可製成直徑達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，適於切削淬火鋼、鑄鐵和鎳合金等。

立方氮化硼磨具的磨削性能十分優異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產率，且有利於嚴格控制工件的形狀和尺寸精度，還能有效地提高工件的磨削質量，顯著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲勞強度，延長了使用壽命，增加了可靠性，再加上立方氮化硼磨料生產過程在能源消耗和環境污染方面比普通磨料生產為好，所以，擴大立方氮化硼磨具的生產和應用是機械應用是機械工業發展的必然趨勢。

1、含 鎢、含鎢鉬和其它高速鋼，特別是釩合金鋼，鈷合金鋼、特種高速鋼刀具的刃磨和粗磨。

2、由耐熱鋼，不鏽鋼和高硬度的合金結構鋼製成的精密零件的精磨和終磨。這些零件用普通 磨具時因磨具消耗或磨鈍過快，而不能獲得很高的精度。

3、對局部熱應力和熱衝擊敏感的各種材料零件的磨削。

4、大型 精密工件（機床導軌，高精度機床的絲杠）的精磨和終磨。這些工件往往由於磨削溫度高而引起較大的熱變形，從而未能獲得高的精度。

5、在自動和半自動機床上大批量生產的工件（儀錶和微型軸承的零件）的精磨和終磨。

6、要求磨具具有良好的稜角保持性的複雜型面工件（插齒刀，拉刀，高精度齒輪，靠模，沖頭）的磨削。

7、螺紋 刀具和螺紋量規（絲錐，螺紋滾子，螺紋塞規等）的型面磨削。

8、難加工耐熱鋼工件的超精加工。

9、其它鋼淬火工具的研磨。