CBN（立方碳化硼）的基本性質(zhì)

人氣：289發(fā)表時(shí)間：2017-11-28【大中小】

立方氮化硼是以六方氮化rdll](hBN)為原料合成而得，在高壓高溫條件下采用堿金屬、堿土金屬或它們的氮化物作觸媒，轉(zhuǎn)變?yōu)轭?lèi)金剛石的立方晶體結(jié)構(gòu)，整個(gè)過(guò)程類(lèi)似石墨合成金剛石，CBN具有類(lèi)似金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，如圖1．1所示：

立方氮化硼是閃鋅礦結(jié)構(gòu)，屬于立方晶系，沿C軸方向，它的原子層按ACBACB?方式排列，如圖1．1(a)所示。在立方氮化硼中，由一套B原子面心立方結(jié)構(gòu)和一套N原予面心立方結(jié)構(gòu)沿體對(duì)角線錯(cuò)開(kāi)1／4的距離構(gòu)成(如圖1．1(b)所示)：氮和硼原子都形成sp3雜化軌道，氮原子雜化后，其中一個(gè)sp3雜化軌道的電子是成對(duì)電子，硼原子雜化后，有一個(gè)“軌道”上無(wú)電子，稱空位；氮的成對(duì)電子進(jìn)入硼的空位，形成了由氮原子單方貢獻(xiàn)一對(duì)電子的N_B配位鍵。

CBN與金剛石在性能上有很多相似之處(見(jiàn)表1一1)，與金剛石相比，CBN的硬度和導(dǎo)熱系數(shù)較低，一方面是因?yàn)锽-N之間的結(jié)合具有離子性(約22％)；另一方面是由于該離子熱激發(fā)時(shí)產(chǎn)生稍微大的晶格自由度，提高了CBN向六方氮化硼逆轉(zhuǎn)變所需的溫度，使CBN顯示出比金剛石高的耐熱性和大的沖擊熱阻。

立方氮化硼的硬度和熱導(dǎo)率僅次于金剛石，與金剛石相比，CBN主要具有兩方面的優(yōu)點(diǎn)：一是CBN具有良好的熱穩(wěn)定性；二是與金剛石相比CBN對(duì)鐵族元素具有化學(xué)惰性。

由于立方氮化硼具有類(lèi)金剛石的立方晶體結(jié)構(gòu)，而且立方氮化硼的熱穩(wěn)定性好。因?yàn)镃BN表面不是B原子就是N原子，為B原子時(shí)，B的三個(gè)價(jià)電子同內(nèi)部的三個(gè)N原子成鍵；為N原子時(shí)，N的三個(gè)未成對(duì)電子同內(nèi)部三個(gè)B原子成鍵，其余的兩個(gè)價(jià)電子是配對(duì)的孤電子對(duì)，一般不與外來(lái)原子成鍵。

CBN對(duì)鐵族元素的沒(méi)有化學(xué)親和性，1100℃以下不與過(guò)渡金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，(而金剛石在溫度達(dá)到700℃時(shí)開(kāi)始溶解于鐵而不宜加工鋼鐵材料)，因而在：jH-r鐵質(zhì)材料時(shí)不會(huì)出現(xiàn)像金剛石工具由于化學(xué)親和性而導(dǎo)致的粘屑現(xiàn)象。但在1 100。C左右時(shí)CBN能與鋁金屬發(fā)生親和反應(yīng)，在1300℃左右能與含Al的Fe、Ni合金發(fā)生親和反應(yīng)。

CBN由于其與鐵族金屬?zèng)]有化學(xué)親和性，具有良好的熱穩(wěn)定性，因此可以實(shí)現(xiàn)較高的耐磨性能和極小的加工摩擦系數(shù)，使得在加工淬硬合金鋼、高強(qiáng)韌性鋼材、高速工具鋼、耐熱不銹鋼、和高溫合金、鈦合金等高硬、高強(qiáng)、高韌性合金材料時(shí)，CBN成為首選的最佳磨料CBN磨具對(duì)于黑色金屬，特別是高硬度、高韌性、低熱傳導(dǎo)率的材料磨削性能良好，其金屬磨除率可達(dá)金剛石的10倍，使得硬而韌的難磨材料加工問(wèn)題得到了解決，這也是CBN的快速展應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

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