一文看氮化硼陶瓷材料的特性與應用

具有如石墨一樣的特性而質地潔白的材料,是人們多年來所希求的,這種材料就是被稱為“白色石墨”的氮化硼，氮化硼作為一種性能優異的先進陶瓷材料,其應用及新的合成方法成為材料研究領域的熱點和前沿問題。

1.穩定性

對大多數金屬熔體，如鋼、不銹鋼、AL、FE、Ge、Bi、Si、Cu、等既不潤濕又不發生作用。因此，可用作熔煉蒸發金屬的坩鍋、舟皿、液態金屬輸送管，火箭噴口，大功率器件底座，用作高溫電偶保護，熔化金屬的管道、泵零件、鑄鋼的模具以及高溫電絕緣材料等。

2.耐熱耐蝕性

可以制造高溫構件、火箭燃燒室內襯、宇宙飛船的熱屏蔽、磁流體發電機的耐蝕件等。

3.絕緣性

廣泛應用于高壓高頻電及等離子弧的絕緣體以及各種加熱器的絕緣子，加熱管套管和高溫、高頻、高壓絕緣散熱部件，高頻應用電爐的材料。

4.熱導性

用作制備砷化鎵、磷化鎵、磷化銦的坩鍋，半導體封裝散熱底板、移相器的散熱棒，行波管收集極的散熱管，半導體和集成電極的p型擴散源和微波窗口。

5.屏蔽性

在原子反應堆中，用作中子吸收材料和屏蔽材料。還可用作紅外、微波偏振器，紅外線濾光片，激光儀的光路通道，超高壓壓力傳遞材料等。

6.潤滑劑

可以作為自潤滑軸承的組分。氮化硼的很多物理性能同石墨相似，因而有白石墨之稱。它與云母、滑石粉、硅酸鹽、脂肪酸等統稱為白色固體潤滑劑。作為潤滑劑使用，氮化硼可以分散在耐熱潤滑油脂、水或溶劑中;噴涂在摩擦表面上，待溶劑揮發而形成干膜；填充在樹脂、陶瓷、金屬表面層作為耐高溫自潤滑復合材料。用于宇航工程上，也可把氮化硼粉末直接涂在導軌面上。氮化硼懸浮油呈白色或黃色。因而在紡織機械上不污染纖維制品，可大量用在合成纖維紡織機械潤滑上。

7.添加劑

由氮化硼加工制成的氮化硼纖維，為中模數高功能纖維，是一種無機合成工程材料，可廣泛用于化學工業，紡織工業、宇航技術和其它尖端工業部門。

立方氮化硼（CBN）是由六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的超硬材料。這種超硬材料在已工業化應用的超硬材料中，硬度僅次于金剛石。立方氮化硼熱穩定性遠高于金鋼石，對鐵系金屬元素有較大的化學穩定性，因此立方氮化硼磨具在鐵基金屬制品切削、磨削加工領域應用廣泛，性能十分優異。

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℃范圍內制得。典型的觸媒材料選自堿金屬、堿土金屬、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。

立方氮化硼聚晶（PCBN）刀具是由許多細晶粒（0.1～100微米）CBN聚結而成的一類超硬材料產品。

它除了具有高硬度、高耐磨性外，還具有高韌性、化學惰性、紅硬性等特點，并可用金剛石砂輪開刃修磨。在切削加工的各個方面都表現出優異的切削性能，能夠在高溫下實現穩定切削，特別適合加工各種淬火鋼、工具鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料。刀具切削鋒利、保形性好、耐磨性能高、單位磨損量小、修正次數少、利于自動加工，適用于從粗加工到精加工的所有切削加工。

PCBN具有CBN的大部分性能，又克服了CBN單晶晶面方向性解理的缺點,具有較多的性能優勢：

1、高硬度。PCBN刀具的硬度僅次于金剛石，大大高于硬質合金和陶瓷刀具，因此可以加工硬度為HRC60以上的淬硬鋼、鑄鐵和硬質合金．

2、高耐磨性。PCBN刀具的耐磨性遠遠高于硬質合金和陶瓷，其使用壽命通常是陶瓷刀具的3~5倍，硬質合金刀具的5~15倍．

3、高化學惰性。PCBN與鐵族元素及其合金材料在1200~1300℃時不易發生化學反應，克服了聚晶金剛石刀具與鐵的化學親和性；具有較高的抗氧化能力，對各種材料的粘結、擴散作用比硬質合金小得多。

4、高熱穩定性。PCBN的耐熱性可以達到1400℃，比金剛石刀具（700~800℃）高得多．經使用證明1100℃以上的切削溫度仍能維持高鋒利的切削性能，適合于干式切削。

5、高導熱性。在各類刀具材料中，PCBN的導熱系數是79.54W/(m·k)，僅次于金剛石，遠遠好于硬質合金，且隨著溫度的升高，PCBN的導熱性能還會有所提高。

6、低摩擦系數。與其他刀具材料相比，PCBN摩擦系數低。PCBN與不同材料間的摩擦系數大致為0.1～0.3，而硬質合金為0.4～0.6，而且隨著切削速度的提高，摩擦系數呈減小趨勢，從而使切削力減小，并減少刀屑粘刀現象。

立方氮化硼磨具具有十分優異的磨削性能，不僅能完成難磨材料的加工、提高生產率，有效提高工件磨削質量，還能嚴格控制工件的形狀和尺寸，提高磨后工件的表面完整性，因而提高零件的疲勞強度，延長使用壽命。

立方氮化硼微粉適用于樹脂、金屬、陶瓷等結合劑體系，亦可用于生產聚晶復合片，還可用做松散磨粒、研磨膏等。立方氮化硼作為磨具材料，使用壽命長、耐磨性好。但是，單晶立方氮化硼也存在晶粒尺小，各向異性，存在容易劈裂的解理面等不足之處。

由于立方氮化硼具有諸多的性能優勢，同時它的的生產過程相比其它超硬材料而言，能源消耗少和環境污染小。因此，立方氮化硼的使用是對金屬磨削加工的一大貢獻，導致磨削發生革命性變化，是磨削技術的第二次飛躍。

文章來源：先進陶瓷材料