PCBN

nl840817 · 發表于 2010-10-25 19:29:42

聚晶立方氮化硼PCBN(PolycrystallineCubicBoronNitride)是繼人造金剛石之后，人工合成的一種新型超硬刀具切削材料，其硬度僅次于金剛石，在切削和磨銷加工中得到廣泛應用。是目前高速切削鐵系金屬最合適的刀具材料。
   從1957年美國GE公司研制出立方氮化硼（CBN）單晶粉末、70年代研制成功PCBN刀具至今，經過30多年的發展，PCBN刀具已逐步趨于成熟。目前PCBN刀具多由PCBN刀片與刀桿或可轉位刀片焊接而成，近年來整體式PCBN刀片種類也越來也多。PCBN刀片是0.5mm左右的PCBN層直接燒結在硬質合金基體上形成的復合整體。這種材料既具有PCBN的高硬度、高熱穩定性和高的化學穩定性，同時又具有硬質合金強度好、可焊性好的優點，使PCBN刀具不僅可切削各種硬度的工件，而且也易于生產。PCBN刀片質量的好壞直接影響著刀具切削性能。
   PCBN刀具的制造主要通過CBN粉末和結合劑經超高壓高溫燒結而成.大致步驟有;混合粉末--模壓成型/與硬質合金底層組裝成整體--超高壓高溫燒結--深加工.

　　關鍵技術在于CBN與結合劑的選擇與配比,超高壓高溫燒結工藝參數的確定
   PCBN刀片的制作方法主要有兩種：一種是一次聚合法，即直接用六方氮化硼（HBN）一次聚合成高密度的燒結體；另一種是二次聚合法，先合成高密度立方氮化硼（CBN），然后再以其為原料經高溫高壓燒結成聚晶立方氮化硼。目前較為普遍的是加入粘結劑的二次聚合法：

　　（1）加入金屬粘結劑的CBN燒結
金屬粘結劑種類很多，主要有Ni、Co、Ti、Ti-Al等。在燒結溫度下，金屬粘結劑成為液相，液相的出現對CBN燒結有一定的促進作用，燒結可以在稍低的溫度和壓力下進行。另外，由于CBN不溶于金屬粘結劑，不會發生可以促進收縮和晶體長大的溶解析出過程。在燒結過程中硬質合金中的鈷呈液態滲入CBN晶界中，將硬質合金與CBN燒結體緊密粘結在一起。采用金屬粘結劑的PCBN刀具的硬度較純CBN燒結的刀具硬度低，但是韌性好。英國Element six 公司的AMB90、美國GE公司的BZN6000以及日本三菱生產的MB710等牌號都是由金屬粘結劑燒結而成。

　　（2）加入陶瓷粘結劑的CBN燒結

　　陶瓷粘結劑主要有TiN、TiC、Al2O3等。由于燒結過程中易產生裂紋，因此多在陶瓷粘結劑中加入鐵族元素（鐵、鈷、鎳）以及Mo或Mo2C等增加陶瓷離子間的強度，起到流體傳壓介質的作用，有利于形成內部無變形的燒結體，鉬等還可以改進陶瓷粒子和鐵元素之間的潤濕性。陶瓷粘結劑PCBN中粘結劑的含量一般較高，韌性較金屬粘結劑刀具差，但其抗高溫性能更好。這類產品有英國Element six公司的DBA80、DBC50，美國GE公司的BZN7000S、BZN8200，日本住友的NBX300、NBX3200等。

　　（3）純CBN燒結

　　在CBN聚晶體中也可以不加粘結劑直接燒結而成聚晶立方氮化硼。CBN在燒結時發生再結晶和晶粒長大過程，燒結后的CBN多晶體的晶粒已不是原來的CBN單晶體顆粒。這種PCBN刀具耐磨性好，壽命長，但較脆且溫度條件苛刻，難以制成高韌性及大尺寸的刀片。
   PCBN刀片的質量受到多種因素的影響，其中燒結過程中各種工藝參數的改變，對PCBN刀片的質量影響最大。粘結劑/催化劑材料、基體材料等組成材料，以及顆粒表面清潔度、顆粒度等都決定了PCBN刀片的性能。（1）基體的選擇
　　由于碳化鎢硬質合金具有較高的硬度，較好的導熱性和韌性，因此多采用含有Co的碳化鎢硬質合金作為PCBN刀片基體。Co作為一種溶劑和粘結劑可以顯著提高CBN的燒結度，增強PCBN的強度[3]，但是碳化鎢硬質合金中Co的含量不能過高，否則將影響PCBN刀片的耐磨性，縮短刀具的使用壽命。（2）CBN晶粒的清潔度與顆粒度
　　CBN晶粒的表面清潔度將直接影響著PCBN的燒結質量，因此在燒結前都要對CBN晶粒進行嚴格地處理，以去掉晶粒表面的水分及氧化物等雜質。采用的方法主要是在真空或氫氣、氨氣等還原性氣體下加熱1~2個小時。否則過多的雜質會影響CBN-CBN顆粒間及CBN與粘結劑間的粘結，使得PCBN刀片強度減小，耐磨性能降低。

　　CBN顆粒的大小不但對PCBN刀具的切削表面質量有影響而且對PCBN燒結時粘結劑的燒結能力起到一定的作用。一般來說，CBN顆粒度越小，PCBN刀具切削表面質量越好，刀具抗沖擊能力和耐磨性越好，因此，在加工淬硬鋼并且要求高的表面質量（即實現PCBN刀具的“以車代磨”）時，所采用PCBN刀具中的CBN顆粒應取較小值。但另一方面，由于PCBN刀片的燒結是通過“毛細現象”即各種粘結劑元素滲透到CBN顆粒之間實現的，如果CBN顆粒太小，CBN顆粒間的間隙就會減小，從而使得粘結劑元素的滲透量減小。因此，燒結時CBN顆粒又應選得大一些。綜合考慮以上兩種因素，CBN燒結時應多選擇混合粒度，并根據所選粘結劑粘結能力的不同而確定不同的粒度范圍。（3）CBN晶粒含量
　　CBN含量對PCBN刀具的硬度、導熱性有較大的影響。CBN含量越高，刀具的硬度越高，導熱性越好。高含量PCBN刀具（一般CBN含量為80%～90%）是以CBN之間的直接結合為主，具有高硬度和高導熱性。這類PCBN刀具適合加工高硬度合金和組織中含有高硬質點的材料，如冷硬鑄鐵、耐熱合金等。目前此類刀具刀片主要有GE公司的BZN6000，Element six公司的AMB90、住友電工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多為陶瓷粘結劑，耐熱性好，易于加工淬硬鋼（合金鋼、軸承鋼、模具鋼、碳鋼等），利用切削區內熱滯留高溫形成的金屬軟化效應進行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200，Element six公司的DBC50，住友電工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均屬于此類。（4）粘結劑
　　CBN燒結所需的粘結劑：①物理化學性能越接近CBN越好，這樣不會過多的削弱燒結后PCBN刀具的切削性能；②易于達到熔點溫度或在此溫度下具有好的塑性；③相對于CBN具有足夠的化學活性，具有使六方氮化硼（HBN）向CBN轉化的催化性。

　　目前，常用到的粘結劑按其物理化學性質可分為金屬粘結劑（如Ni、Co、Ti、Ti-Al等）和陶瓷粘結劑（如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等）；按作用可分為催化劑（如，Al、AlN、AlB2、Si等）和溶解劑（如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等）。粘結劑種類和含量都對PCBN刀片的性能有不同的影響。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化學磨損能力和抗沖擊能力，但含量過高會降低刀具硬度，使刀具壽命縮短；鈷是最常用的粘結劑，可以提高CBN燒結時的燒結度；Ti陶瓷粘結劑可以提高PCBN刀片的韌性；鋁及鋁的化合物可與CBN顆粒及其它粘結劑發生反應，使CBN顆粒粘結得更加牢固，提高刀具耐磨性；Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN轉化的有效催化劑，在陶瓷粘結劑里加入少量的Al、Si還可以增強CBN間的粘結，形成連續的陶瓷相[12]；以鋁化鎳作為粘結劑的PCBN復合片導電性好，適于采用低成本電火花進行切割。

　　由于粘結劑的不同，現在PCBN刀片趨于兩種特性：一種是具有高的耐磨性（高含量CBN，催化粘結劑），另一種是具有好的抗沖擊性（低含量CBN，陶瓷粘結劑）。

nl840817 · 發表于 2010-10-25 22:05:51

回復 1# nl840817

今天在車間看了一個裝刀片的盒子，上面標有“PCBN”，以前只知道CBN是立方氮化硼，太OUT了，呵呵

nl840817 · 發表于 2011-11-28 08:30:37

nl840817 發表于 2010-10-25 22:05 6 n& _7 v& V% E. t B
回復 1# nl840817

恩恩，是的，就是這樣的

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