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氮化硼陶瓷材料的特性與應(yīng)用

發(fā)布時間：2025-08-26

具有如石墨一樣的特性而質(zhì)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(yōu)異的先進陶瓷材料，其應(yīng)用及新的合成方法成為材料研究領(lǐng)域的熱點和前沿問題。

1.穩(wěn)定性

對大多數(shù)金屬熔體，如鋼、不銹鋼、AL、FE、Ge、Bi、Si、Cu、等既不潤濕又不發(fā)生作用。因此，可用作熔煉蒸發(fā)金屬的坩鍋、舟皿、液態(tài)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(gòu)件、火箭燃燒室內(nèi)襯、宇宙飛船的熱屏蔽、磁流體發(fā)電機的耐蝕件等。

3.絕緣性

廣泛應(yīng)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(yīng)用電爐的材料。

4.熱導(dǎo)性

用作制備砷化鎵、磷化鎵、磷化銦的坩鍋，半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(tǒng)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(fā)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(fù)合材料。用于宇航工程上，也可把氮化硼粉末直接涂在導(dǎo)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(shù)高功能纖維，是一種無機合成工程材料，可廣泛用于化學(xué)工業(yè)，紡織工業(yè)、宇航技術(shù)和其它尖端工業(yè)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(yè)化應(yīng)用的超硬材料中，硬度僅次于金剛石。立方氮化硼熱穩(wěn)定性遠高于金鋼石，對鐵系金屬元素有較大的化學(xué)穩(wěn)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(lǐng)域應(yīng)用廣泛，性能十分優(yōu)異。

氮化硼超硬材料簡介

立方氮化硼有單晶體和多晶燒結(jié)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(nèi)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(yè)生產(chǎn)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。

氮化硼聚晶在金屬切削領(lǐng)域的應(yīng)用

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(jié)而成的一類超硬材料產(chǎn)品。

它除了具有高硬度、高耐磨性外，還具有高韌性、化學(xué)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(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，能夠在高溫下實現(xiàn)穩(wěn)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(shù)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(yōu)勢：

1、高硬度。PCBN刀具的硬度僅次于金剛石，大大高于硬質(zhì)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(zhì)合金。

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

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

4、高熱穩(wěn)定性。PCBN的耐熱性可以達到1400℃，比金剛石刀具（700~800℃）高得多。經(jīng)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(dǎo)熱性。在各類刀具材料中，PCBN的導(dǎo)熱系數(shù)是79.54W/(m·k)，僅次于金剛石，遠遠好于硬質(zhì)合金，且隨著溫度的升高，PCBN的導(dǎo)熱性能還會有所提高。

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

立方氮化硼 在磨削領(lǐng)域的應(yīng)用

立方氮化硼磨具具有十分優(yōu)異的磨削性能，不僅能完成難磨材料的加工、提高生產(chǎn)率，有效提高工件磨削質(zhì)量，還能嚴格控制工件的形狀和尺寸，提高磨后工件的表ｃ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(jié)合劑體系，亦可用于生產(chǎn)聚晶復(fù)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(yōu)勢，同時它的的生產(chǎn)過程相比其它超硬材料而言，能源消耗少和環(huán)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(dǎo)致磨削發(fā)生革命性變化，是磨削技術(shù)的第二次飛躍。

來源：先進陶瓷材料

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