立方氮化硼
cbn立方氮化硼砂轮是什么砂轮
CBN砂轮也叫立方氮化硼砂轮，是除金刚石外的又一种超硬材料，主要用来制作砂轮，以及刀具等。
它是由三种基本成分组成：颗粒、粘合剂和基体。
（1）颗粒。
磨削颗粒是由立方氮化硼组成的，并由颗粒的大小分类。
类似于传统砂轮，磨削的速度和表面粗糙度是决定颗粒大小的关键因素。
（2）粘合剂。
类似于传统砂轮，粘合剂通过其硬度来分级，目前有4种等级类型：合成树脂、金属粘合剂、陶瓷结合剂及电镀型。
（3）基体。
是砂轮的身体部分，是影响砂轮的静态和动态强度的重要部位。
在高速旋转的情况下，基体应该以匀速的方式拉伸，因为高速的情况下离心力很大容易产生破坏
因此本品与金刚石相比，它是一种针对性强的磨削方式；与传统的磨削材料性能相比，它的表现非常优异，特别是在磨削热处理或氮化处理高硬度钢工件的时候。
CBN很难磨损，所以磨削的精度也非常好，其几何形状也保持得很好，需要的修整频率低，其转速也远远高于传统砂轮，所以磨削速度也很快、效率更高。
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立方氮化硼晶胞 氮原子和硼原子的关系
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立方氮化硼是一种重要的陶瓷材料，其晶胞结构对于理解氮原子和硼原子的关系具有重要意义。
立方氮化硼
立方氮化硼（PCBN）刀片的性能及应用立方氮化硼和陶瓷材料一样属于非金属材料，聚晶立方氮化硼是由立方氮化硼单晶微粉加入一定的结合剂在高温高压下烧结而成。
分复合片和整体片两种。
复合片是以硬质合金为底衬，上面烧结一层聚晶氮化硼，此种刀片只适用于精加工；而整体刀片则是采用CBN微粉整体烧结而成的块状材料，经刃磨而形成刀片，它的主要用途在于粗加工，也可用于精加工。
聚晶立方氮化硼的特性：1、硬度高、耐磨性好。
立方氮化硼烧结体的硬度一般在3500~4000Hv，陶瓷；2400 Hv，硬质合金1800 Hv左右。
高硬度带来了相当好的耐磨性，一般讲，立方氮化硼的耐磨性是涂层合金的30倍，是无涂层硬质合金的50倍，是陶瓷刀片的15~20倍。
2、热稳定性高；立方氮化硼在1370º以上才开始由立方晶体向六方晶体转化；在1000ºC的高温下切削，其表面不会产生氧化，高温下硬度降低程度也比硬质合金和陶瓷刀片小的多，这就为高速切削创造了条件。
3、化学稳定性好：立方氮化硼化学惰性特别大，在中性空气介质中，对酸碱都是稳定的，与碳在2000º不起反应，与铁族材料在1200ºC~1300ºC时也不起反应适应于切削黑色金属材料。
4、导热性好；导热系数为79.54w/m,k，仅次于金刚石，随温度提高，导热系数逐渐增大，有利于散热。
5、磨擦系数低：磨擦系数为0.1~0.3系数抵使切削力小切削温度低不异常时光、不易产生粘削有利于表面质量。
6、刃磨性：立方氮化硼刀片可反复刃磨，方便用户降低了刀具成本。
由于以上特性，立方氮化硼刀具广泛使用于淬火钢、工具钢、冷硬铸铁、镍、镐冷应耐磨后铸铁，高铬铸铁（Cr27）.硬镍铸铁、白口铸铁、热喷涂、焊件高硬度难加工材料。
立方氮化硼的合成
• 式中：G. I—类石墨结构的BN样品的结晶 化程度—三维有序程度。S—X射线衍射图 上各个特征反射峰(100)、(101)、(102)的 面积。
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• 图14-9为以硼砂和尿素为原料等离子技术 制备BN的X射线衍射图；表14-3中晶粒度 Lc表示六方平面层沿c轴方向的堆积厚度。
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六方氮化硼对合成的影响
如果触媒为可溶性触媒，如硼氮化物、氮化物，则提 纯工艺有所不同。
首先将试料粉碎，然后将粉碎的试料放入热水中浸泡， 并不时搅动。这样对使用上述触媒时，可将试料化开。由 于立方氮化硼比重较六方氮化硼大，立方氮化硼会在溶液 中沉淀，留在容器的最下部。当沉淀一定时间后，可将上 部不含立方氮化硼的溶液倒掉。将剩余的料加水煮沸，重 复上述过程，这样可以去掉大部分六方氮化硼粉。
• 混料设备，混料设备的作用是将六方氮化硼和其 他原料充分混合均匀。
• 压料设备，压料设备的目的是将粉体形状的原材 料压制成生产上所需要尺寸的棒料，同时保障棒 料的密度，以利于传压。
• 后处理设备，后处理设备是将立方氮化硼从合成 后的棒料提纯出来。
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• 主要原材料：六方氮化硼和触媒
氮硼化合物
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六方氮化硼
碱处理与酸处形。整形后要进行 筛分、选形等处理，从而得到不同型号的 立方氮化硼晶体。
• 同学们，本堂课讲到这里，下课！
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如果触媒为金属或合金，则应先除金属、然后再除六方氮化硼等杂质。去 除金属镁:盐酸与料比为1:1，煮沸半小时，金属Mg溶解
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去除六方利用比重不同，采用选矿的方法。 碱处理HBN和叶蜡石：低温熔融态的K、Na等金属的氢 氧化物可以溶解HBN，而对CBN没有影响。
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为防止温度高时腐蚀CBN，可用混合碱以降低熔点。 NaOH:KOH =1:2质量比混合碱，它们各自的熔点分别为 360℃和320℃，混合后熔点300℃，碱处理后用水洗去溶 解物，并酸洗至中性，即得CBN。
全面介绍立方氮化硼性质及在磨具、刀具应用
立方氮化硼的性质1.立方氮化硼的物理性质纯净的CBN是无色透明的。
由于原料纯度及合成工艺的影响，可呈现黑色、褐色、琥珀色、橘黄色、黄色等。
CBN的理论密度为3.48g/cm3，实际密度3.39~3.44g/cm3.常压下CBN的熔点在3000℃左右；10.5MPa压力下，熔点在3220℃左右。
室温下的热传导率为1.3KW·K-1·m-1，导热性也很好。
其热膨胀系数为3.5X10-6K-1，也较小，但稍高于金刚石。
CBN的折射率为2.117，电阻率为102~1010Ω·cm，介电常数为4.5。
2.立方氮化硼的机械性质强度：抗压强度为7.2GPa，抗弯强度为294MPa。
中国国家标准规定，对于70/80粒度，I 型CBN的单颗粒抗压强度不低于19.6N，II型CBN的单颗粒抗压强度不低于27.44N。
3.立方氮化硼的化学性质立方氮化硼的化学组成为43.6%B和56.4%N。
主要杂质有SiO2、B2O3、Al2O3、Fe、Mg、Ca等。
立方氮化硼的热稳定性和对铁族元素及其合金的化学惰性明显优于金刚石。
金刚石在500~700℃时就开始氧化，且由于反应产物是气体（CO2），金刚石的破坏会继续直到消耗完为止。
CBN在800℃以上开始与空气或氧气发生作用生成B2O3！CBN的硬度虽比金刚石低，但由于其与含铁黑色金属的化学惰性和较好的热稳定性，使其金属磨除率达到金刚石的10倍，很快地解决了淬火钢等硬而韧的难磨金属材料的加工问题。
这也是CBN得以较快发展的原因。
立方氮化硼在磨具方面的应用由于立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效地提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲劳强度，延长了使用寿命，增加了可靠性，加上立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面比普通磨料生产好，所以，扩大立方氮化硼磨料磨具的生产和应用是机械工业发展的必然趋势。
Cubic Boron Nitride立方氮化硼
Cubic Boron Nitride立方氮化硼，缩写为：CBN或cBN。
目前，在自然界还没有找到这种物质的存在，是人工合成的一种超硬材料。
立方氮化硼（CBN）是硬度仅次于金刚石的超硬材料。
它不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性。
它作为工程材料，已经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。
同时，它又以其优异的热学、电学、光学和声学等性能，在一系列高科技领域得到应用，成为一种具有发展前景的功能材料。
立方氮化硼立方氮化硼微粉，用在精密磨削、研磨、抛光和超精加工，以达到高精度的加工表面。
适用于树脂、金属、陶瓷等结合剂体系，亦可用于生产聚晶复合片烧结体，还可用做松散磨粒、研磨膏。
黑色立方氮化硼CBN由于具有优异的化学物理性能，如具有仅次于金刚石的高硬度、高热稳定性和化学惰性，作为超硬磨料在不同行业的加工领域获得广泛的应用，现在更是成为汽车、航天航空、机械电子、微电子等工业不可或缺的重要材料，因而也得到各工业发达国家的极大重视。
合成CBN除静高压触媒法还有多种方法，如静高压直接转化法、动态冲击法、气相沉积法等，其中有些方法如气相沉积法发展很快。
但迄今为止工业合成CBN主要方法还是静高压触媒法，CBN的合成研究也主要集中于这方面。
立方氮化硼聚晶（PCBN）刀具是由许多细晶粒（0.1~100）CBN聚结而成的CBN聚集体的一类超硬材料产品。
它除了具有高硬度、高耐磨性外，还具有高韧性、化学惰性、红硬性等特点，并可用金刚石砂轮开刃修磨。
在切削加工的各个方面都表现出优异的切削性能，能够在高温下实现稳定切削，特别适合加工各种淬火钢、工具钢、冷硬铸铁等难加工材料。
刀具切削锋利、保形性好、耐磨性能高、单位磨损量小、修正次数少、利于自动加工，适用于从粗加工到精加工的所有切削加工。
精车淬硬工件是一门新工艺，实施前需做工艺试验，可用与工件材料、硬度和大小相同的棒料，在同类机床上进行精加工或粗加工试验，关键是要试验刀具与切削参数的选择及工艺系统是否有足够的刚性。
立方氮化硼晶体中氮原子周围等距最近的氮原子个数
立方氮化硼晶体中氮原子周围等距最近的氮原子个数近年来，随着材料研究的深入，氮化硼作为一种被广泛应用的材料受到了越来越多的关注。
因其具有高折射率、高热稳定性、良好的化学稳定性等特点，在工程和日用品中有着广泛应用。
此外，氮化硼也被广泛用于激光技术、纳米技术以及微电子技术和高温技术等领域中。
氮化硼晶体是一种多角晶系结构，由于晶体中氮原子的存在，这种晶体的主要特性和性质受到氮原子的影响。
因此，了解氮原子的分布和结构对于研究氮化硼的性质起着重要作用。
近年来，学者们针对立方氮化硼晶体进行了研究，以确定氮原子周围等距最近的氮原子个数。
首先，我们需要了解氮化硼立方晶体中氮原子的排列和结构。
氮化硼立方晶体是由八个氮原子排列而成的晶体，其中有一个中心氮原子和其他七个边缘氮原子，并且氮原子周围有六个氢原子。
从晶体结构上来看，立方氮化硼晶体中氮原子周围有三个氮原子，这三个氮原子被称为氮原子的邻居。
氮原子的邻居又分为两类，当两个氮原子位于距离最近的时候，被称为氮原子的等距邻居，那么这三个等距的邻居的数量是多少呢？根据物理学原理，确定氮原子周围等距最近的氮原子个数需要满足以下条件：一、氮原子间的距离应该相同，这个距离就是氮原子与氮原子之间所形成的八面体的边长。
二、氮原子之间的距离应该小于氮原子与氢原子之间的距离，即氮原子与氢原子之间的边长要大于氮原子之间的边长。
根据这两个条件，可以得出，立方氮化硼晶体中氮原子周围等距最近的氮原子个数为三个。
此外，分析氮原子的周边结构也可以确定氮原子的等距邻居的数量，例如氮原子周围有三个或六个氢原子，则氮原子周围等距最近的氮原子个数为三个。
另外，当等距邻居存在时，氮原子与其他氮原子之间的距离也是相等的，这应该也是确定氮原子周围等距最近的氮原子个数的一个重要依据。
综上所述，立方氮化硼晶体中氮原子周围等距最近的氮原子个数为三，分别为中心氮原子和其他两个边缘氮原子。
从物理学原理出发，可以确定氮原子周围等距最近的氮原子个数是三个；从氮原子的周边结构出发，也可以确定氮原子周围等距最近的氮原子个数。
CBN
CBN磨料Cubic Boron Nitride立方氮化硼，缩写为：CBN或cBN。
是人工合成的一种超硬材料。
立方氮化硼（CBN）是硬度仅次于金刚石的超硬材料。
它不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性。
已经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。
CBN磨具特点以CBN（立方氮化硼）磨料为原料，分别用树脂粉、金属粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成各种形状的制品，用于磨削、抛光、研磨的工具叫CBN磨具.立方氮化硼(CBN)砂轮适用于加工以下多种材质：①高锰钢；②高铬、镍、钼合金钢；③冷硬铸铁（HS80～90）；④各类淬硬钢（HRC55～65）；⑤各类铸铁（HB200～400）等，并已在国内汽车（齿轮、飞轮、轴、轴承等加工）等高硬度软韧材料。
CBN磨具的结构CBN（立方氮化硼）磨具结构一般由工作层、基体、过渡层三部分组成。
工作层又称CBN层，由磨料、结合剂和填料组成，是磨具的工作部分。
过渡层又称非CBN层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将CBN层牢固地连接在基体上的部分。
基体是由铝、钢或电木加工而成，起支承工作层和装卡磨具的作用。
CBN磨具的特点1、高硬度、高韧性立方氮化硼（CBN）是人类合成的，硬度仅次于金刚石的超硬材料。
远高于普通刚玉与碳化硅磨料，因而具有更佳的切削能力、更锋利。
2、化学惰性强、耐高温、热稳定性好立方氮化硼不易和铁族元素产生化学反应，所以对于各种高速钢、工具钢、模具钢、高合金淬硬钢、铬钢、镍合金、粉末冶金钢和高温合金等温度高、硬度高、热传导率低的材料的磨削非常适宜。
立方氮化硼可以承受1250-1350摄氏度的高温，比金刚石的耐热性800摄氏度还要高；是磨削淬火钢、高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料的最理想的砂轮。
3、导热性好CBN热导率可达刚玉砂轮的几十倍到百倍，因而能将磨削热迅速导出，减少工件热变形。
对热传导率低的材料磨削非常适宜。
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目前国内CBN材料生产厂家很多，产量也不少，但高质 量的不多，CBN刀(磨)具的稳定用户更少。究其原因主要是 机械加工部门对价格昂贵的CBN刀(磨)具缺乏选择与使用的 知识，采购来的CBN工具实效不多，在其经济紧缩的条件下， 不敢轻易投资进行工艺试验。
立方氮化硼的制备
ｃＢＮ是２０世纪５０年代最先由美国通用电气（Ｇ Ｅ）公司人工合成得到，７０年代初制成聚晶ＰｃＢＮ 刀具．我国２０世纪７０年代首次合成出ｃＢＮ后，经 历了２０多年的徘徊发展，到２０世纪９０年代，ｃＢ Ｎ的生产及应用进入快速发展时期，特别是近几年发展 更为迅速．我国生产的ｃＢＮ单晶除满足快速发展的国 内市场外，还大量出口国外．聚晶立方氮化硼是由cＢ Ｎ单晶添加黏结剂或不加任何黏结剂，经高温高压烧结 制得的．基于聚晶立方氮化硼材料和刀具在现代制造业 中的重要作用，于２０１０年设立的“高档数控机床与 基础制造装备”国家科技重大专项中明确提出ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要研究 超硬材料刀具系列产品结构设计和制造技术；进行高精 度成形刀具研发；建立切削试验装置，针对用户材料及 加工工艺需求，开展切削试验，建立切削数据库等，最 终研制开发出适用于加工航空航天钛合金、高温合金材 料的高效切削用超硬材料刀具系列产品
立方氮化硼
济南大学 化学化工学院 合化1001班
于振宁
主要内容
• 氮化硼和立方氮化硼 • 立方氮化硼介绍 • 立方氮化硼制备 • 立方氮化硼(cBN)主要性能 • 聚晶立方氮化硼(pcBN)的合成 • 聚晶立方氮化硼(pcBN)的特殊性能 • 氮化硼材料的应用 • 氮化硼材料的发展方向
氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学 组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同 的变体：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼 （RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼 (WBN)。
立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方 氮化硼和触媒在压力为3000～8000兆帕、温度为800～ 1900℃ 范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土 金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的晶形有 四面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。工业生产的立方 氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在1 毫米以下。它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的 化学惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料， 如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷 硬铸铁等。用立方氮化硼磨具磨削钢材时，大多可获得高 的磨削比和加工表面质量。
腔体进行 粗粒度ｃＢＮ合成，３０～６０粒度完整晶形单晶所占比例 接近７０％
ｃＢＮ 的主要性能
具有高的硬度和热稳定性，显微硬度仅次于金刚石；其热 稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性 能和硬度，具有很好的红硬性；结构稳定，具有高的抗氧化 能力，化学稳定性好，与金刚石相比尤其好，在高达１１０ ０~１３００℃的温度下也不与铁族元素起化学反应，因此特 别适合于加工黑色金属材料；导热系数比金刚石小，但比硬 质合金高，具有良好的导热性；抗弯强度高；作为磨具材料， 使用寿命长、耐磨性好．但是，单晶立方氮化硼晶粒尺小， 各向异性，存在容易劈裂的解理面，脆性大，极容易发生解 理破损
立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结 构类似金刚石,硬度略低于金刚石，常用作磨 料和刀具材料。1957年,美国的R.H.温托夫 首先研制成立方氮化硼。但至今尚未发现天 然的立方氮化硼。
立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的， 是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。 它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透 红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于人 造金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有 较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异， 不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提 高工件的磨削质量。立方氮化硼的使用是对金属加工的一 大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次 飞跃。
立方氮化硼的制作可由在高温、高压下处理六方氮化硼而成，就 如人造钻石从石墨制成相似。从六方氮化硼直接转为立方氮化硼 的过程需要在18百万帕的压力和介乎1730与3230 ℃的温度下 发生；额外加入小量的氧化硼可以把所需的压力降到4至7百万 帕和温度降到1500 °C。在工业里，人们会使用催化法转化氮化 硼，而不同的催化剂物质会用在不同的生产方法上，例如锂、铂 或镁、他们的氮化物，他们的氟氮化物、水再加上氨化合物或肼。 其他工业合成法会使用温差下结起的晶体或者爆炸产生的冲击波。 冲击波的应用是用来制作出一种称为异钻石的超硬的硼、碳和氮 的化合物。 低压下立方氮化硼薄膜的沉积是可行的技术。在化学气相沉积中， 可使用三氟化硼来选择性蚀刻沉积的六方氮化硼（类似在沉积钻 石薄膜时，使用氢原子来蚀刻石墨）。其他物理气相沉积方法， 如离子束沉积、等离子改善化学气相沉积、脉冲雷射沉积、反应 性喷溅法等亦有所使用
目前，ｃＢＮ单晶的合成主要是由静态高压触媒法合成，通 常以六方氮化硼（ｈＢＮ）和不同的触媒为原料，在高温 （１４００～１８００℃）和高压（４～８ＧＰａ）下合成 ｃＢＮ单晶粉，颜色多为黑色或琥珀色．国内最早合成
的ｃＢＮ采用金属镁作为触媒，后来主要采用金属氮硼化 物．用氮硼化物合成的ｃＢＮ颜色浅，多为淡黄色、琥珀色 或无色透明晶体，晶形完整、晶面光滑、单颗粒抗压强度较 高．为使合成条件降低，可采用化学反应直接成核生长ｃＢ Ｎ，可以实现在较低的温度和压力下合成ｃＢＮ。最近几年 发展起来的激光诱导等离子体法，主要用于研究亚稳相纳米 晶ｃＢＮ。为满足对粗粒度ｃＢＮ的高增长需求，有人研究 了高品级粗颗粒立方氮化硼的合成技术，通过对原材料、触
立方氮化硼多晶烧结体的主要制法有：①用立方氮化 硼微粉和少量结合剂(如钴、铝、钛和氮化钛等)，在 压力4000～8000兆帕、温度为1300～1900℃下烧 结而成；②以立方氮化硼微粉和结合剂为一层，以硬 质合金（片或粉）为一层，在上述压力、温度下把两 者烧结在一起，制得带硬质合金衬底的多晶烧结体， 这种烧结体具有高的强度，同时保持立方氮化硼的原 有理化性能，可制成直径达16毫米的圆片，切割加 工成适当形状后，作为车刀和镗刀的刀头，适于切削 淬火钢、铸铁和镍基合金等。