PCBN

nl840817 · 发表于 2010-10-25 19:29:42

聚晶立方氮化硼PCBN(PolycrystallineCubicBoronNitride)是继人造金刚石之后，人工合成的一种新型超硬刀具切削材料，其硬度仅次于金刚石，在切削和磨销加工中得到广泛应用。是目前高速切削铁系金属最合适的刀具材料。
   从1957年美国GE公司研制出立方氮化硼（CBN）单晶粉末、70年代研制成功PCBN刀具至今，经过30多年的发展，PCBN刀具已逐步趋于成熟。目前PCBN刀具多由PCBN刀片与刀杆或可转位刀片焊接而成，近年来整体式PCBN刀片种类也越来也多。PCBN刀片是0.5mm左右的PCBN层直接烧结在硬质合金基体上形成的复合整体。这种材料既具有PCBN的高硬度、高热稳定性和高的化学稳定性，同时又具有硬质合金强度好、可焊性好的优点，使PCBN刀具不仅可切削各种硬度的工件，而且也易于生产。PCBN刀片质量的好坏直接影响着刀具切削性能。
   PCBN刀具的制造主要通过CBN粉末和结合剂经超高压高温烧结而成.大致步骤有;混合粉末--模压成型/与硬质合金底层组装成整体--超高压高温烧结--深加工.

　　关键技术在于CBN与结合剂的选择与配比,超高压高温烧结工艺参数的确定
   PCBN刀片的制作方法主要有两种：一种是一次聚合法，即直接用六方氮化硼（HBN）一次聚合成高密度的烧结体；另一种是二次聚合法，先合成高密度立方氮化硼（CBN），然后再以其为原料经高温高压烧结成聚晶立方氮化硼。目前较为普遍的是加入粘结剂的二次聚合法：

　　（1）加入金属粘结剂的CBN烧结
金属粘结剂种类很多，主要有Ni、Co、Ti、Ti-Al等。在烧结温度下，金属粘结剂成为液相，液相的出现对CBN烧结有一定的促进作用，烧结可以在稍低的温度和压力下进行。另外，由于CBN不溶于金属粘结剂，不会发生可以促进收缩和晶体长大的溶解析出过程。在烧结过程中硬质合金中的钴呈液态渗入CBN晶界中，将硬质合金与CBN烧结体紧密粘结在一起。采用金属粘结剂的PCBN刀具的硬度较纯CBN烧结的刀具硬度低，但是韧性好。英国Element six 公司的AMB90、美国GE公司的BZN6000以及日本三菱生产的MB710等牌号都是由金属粘结剂烧结而成。

　　（2）加入陶瓷粘结剂的CBN烧结

　　陶瓷粘结剂主要有TiN、TiC、Al2O3等。由于烧结过程中易产生裂纹，因此多在陶瓷粘结剂中加入铁族元素（铁、钴、镍）以及Mo或Mo2C等增加陶瓷离子间的强度，起到流体传压介质的作用，有利于形成内部无变形的烧结体，钼等还可以改进陶瓷粒子和铁元素之间的润湿性。陶瓷粘结剂PCBN中粘结剂的含量一般较高，韧性较金属粘结剂刀具差，但其抗高温性能更好。这类产品有英国Element six公司的DBA80、DBC50，美国GE公司的BZN7000S、BZN8200，日本住友的NBX300、NBX3200等。

　　（3）纯CBN烧结

　　在CBN聚晶体中也可以不加粘结剂直接烧结而成聚晶立方氮化硼。CBN在烧结时发生再结晶和晶粒长大过程，烧结后的CBN多晶体的晶粒已不是原来的CBN单晶体颗粒。这种PCBN刀具耐磨性好，寿命长，但较脆且温度条件苛刻，难以制成高韧性及大尺寸的刀片。
   PCBN刀片的质量受到多种因素的影响，其中烧结过程中各种工艺参数的改变，对PCBN刀片的质量影响最大。粘结剂/催化剂材料、基体材料等组成材料，以及颗粒表面清洁度、颗粒度等都决定了PCBN刀片的性能。（1）基体的选择
　　由于碳化钨硬质合金具有较高的硬度，较好的导热性和韧性，因此多采用含有Co的碳化钨硬质合金作为PCBN刀片基体。Co作为一种溶剂和粘结剂可以显著提高CBN的烧结度，增强PCBN的强度[3]，但是碳化钨硬质合金中Co的含量不能过高，否则将影响PCBN刀片的耐磨性，缩短刀具的使用寿命。（2）CBN晶粒的清洁度与颗粒度
　　CBN晶粒的表面清洁度将直接影响着PCBN的烧结质量，因此在烧结前都要对CBN晶粒进行严格地处理，以去掉晶粒表面的水分及氧化物等杂质。采用的方法主要是在真空或氢气、氨气等还原性气体下加热1~2个小时。否则过多的杂质会影响CBN-CBN颗粒间及CBN与粘结剂间的粘结，使得PCBN刀片强度减小，耐磨性能降低。

　　CBN颗粒的大小不但对PCBN刀具的切削表面质量有影响而且对PCBN烧结时粘结剂的烧结能力起到一定的作用。一般来说，CBN颗粒度越小，PCBN刀具切削表面质量越好，刀具抗冲击能力和耐磨性越好，因此，在加工淬硬钢并且要求高的表面质量（即实现PCBN刀具的“以车代磨”）时，所采用PCBN刀具中的CBN颗粒应取较小值。但另一方面，由于PCBN刀片的烧结是通过“毛细现象”即各种粘结剂元素渗透到CBN颗粒之间实现的，如果CBN颗粒太小，CBN颗粒间的间隙就会减小，从而使得粘结剂元素的渗透量减小。因此，烧结时CBN颗粒又应选得大一些。综合考虑以上两种因素，CBN烧结时应多选择混合粒度，并根据所选粘结剂粘结能力的不同而确定不同的粒度范围。（3）CBN晶粒含量
　　CBN含量对PCBN刀具的硬度、导热性有较大的影响。CBN含量越高，刀具的硬度越高，导热性越好。高含量PCBN刀具（一般CBN含量为80%～90%）是以CBN之间的直接结合为主，具有高硬度和高导热性。这类PCBN刀具适合加工高硬度合金和组织中含有高硬质点的材料，如冷硬铸铁、耐热合金等。目前此类刀具刀片主要有GE公司的BZN6000，Element six公司的AMB90、住友电工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多为陶瓷粘结剂，耐热性好，易于加工淬硬钢（合金钢、轴承钢、模具钢、碳钢等），利用切削区内热滞留高温形成的金属软化效应进行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200，Element six公司的DBC50，住友电工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均属于此类。（4）粘结剂
　　CBN烧结所需的粘结剂：①物理化学性能越接近CBN越好，这样不会过多的削弱烧结后PCBN刀具的切削性能；②易于达到熔点温度或在此温度下具有好的塑性；③相对于CBN具有足够的化学活性，具有使六方氮化硼（HBN）向CBN转化的催化性。

　　目前，常用到的粘结剂按其物理化学性质可分为金属粘结剂（如Ni、Co、Ti、Ti-Al等）和陶瓷粘结剂（如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等）；按作用可分为催化剂（如，Al、AlN、AlB2、Si等）和溶解剂（如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等）。粘结剂种类和含量都对PCBN刀片的性能有不同的影响。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化学磨损能力和抗冲击能力，但含量过高会降低刀具硬度，使刀具寿命缩短；钴是最常用的粘结剂，可以提高CBN烧结时的烧结度；Ti陶瓷粘结剂可以提高PCBN刀片的韧性；铝及铝的化合物可与CBN颗粒及其它粘结剂发生反应，使CBN颗粒粘结得更加牢固，提高刀具耐磨性；Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN转化的有效催化剂，在陶瓷粘结剂里加入少量的Al、Si还可以增强CBN间的粘结，形成连续的陶瓷相[12]；以铝化镍作为粘结剂的PCBN复合片导电性好，适于采用低成本电火花进行切割。

　　由于粘结剂的不同，现在PCBN刀片趋于两种特性：一种是具有高的耐磨性（高含量CBN，催化粘结剂），另一种是具有好的抗冲击性（低含量CBN，陶瓷粘结剂）。

nl840817 · 发表于 2010-10-25 22:05:51

回复 1# nl840817

今天在车间看了一个装刀片的盒子，上面标有“PCBN”，以前只知道CBN是立方氮化硼，太OUT了，呵呵

nl840817 · 发表于 2011-11-28 08:30:37

nl840817 发表于 2010-10-25 22:05
$ }4 \ [8 y) v/ i: G& x7 M回复 1# nl840817

恩恩，是的，就是这样的

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