金刚石和立方氮化硼砂轮应用领域大比拼

关键词 金刚石 , 立方氮化硼|2024-08-06 14:52:03|来源 粉体圈
摘要 ​超硬材料是指硬度达到莫氏硬度最高值10或接近10的材料,主要包括金刚石和立方氮化硼两种。由于它们硬度极高,应用于机械加工领域充当砂轮磨料时,具有磨损慢、磨削比高、磨削力小、发热量...

超硬材料是指硬度达到莫氏硬度最高值10或接近10的材料,主要包括金刚石立方氮化硼两种。由于它们硬度极高,应用于机械加工领域充当砂轮磨料时,具有磨损慢、磨削比高、磨削力小、发热量少等优点,在高速及超高速加工、精密及超精密加工、高精度形面加工、智能及无人化加工等先进加工技术中都有着不可替代的地位。不过,从本质来看,金刚石是单质碳,CBN是化合物氮化硼,材料性质的差异,也使得它们在应用上有所区别。下面就一起看看该如何选择吧!

image.png

       01可研磨工件硬度PK

       金刚石是碳的单质,为典型的原子晶体,在它的晶体结构中,每一个碳原子都以sp3杂化轨道形式与其他四个碳原子通过共价键相连,形成一个四面体结构,这些四面体结构在三维空间中不断延伸,又形成了一个非常坚固的网络结构。得益于这种结构的特殊性,以及形成的碳碳双键的短键长(1.54Å)和高键能(347.5KJ/mol),要想打破打破金刚石的晶体结构需要输入极大的能量,这也就使得金刚石成为了自然界中最硬的物质(莫氏硬度为10,显微硬度为10000kg/mm2)。

image.png

       六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的,是世界上硬度第二高的物质其结构与金刚石非常相似,都是基于立方晶系的立方晶型。在c-BN的晶体结构中,硼原子和氮原子交替排列,并通过BN共价键相连形成四面体结构。不过与金刚石相比,CBN的键长较长一些,为1. 57Å,因此,CBN的硬度稍低于金刚石(莫氏硬度为9.7,显微硬度为8000-9000)。

image.png

       就研磨的基本逻辑来说,要发挥好的研磨效果,磨料的硬度通常要高于工件硬度的3-4倍。对于钨钢等硬质合金来说,CBN磨料的硬度大约只有钨钢的2倍多,用其研磨显然有些吃力,容易造成磨料容易钝化,而且研磨抵抗也会提高,温度上升,容易有震动,刮伤,面粗度不佳,出现明显刀痕等状况。而金刚石则约为其4倍左右,更适用于对HRC65以上的硬质合金等硬脆材料的研磨抛光。

       02耐热性PK

       磨粒的热稳定性决定了砂轮能以多大的速度进行研磨,砂轮转速越高,研磨温度就高,若磨料的热稳定性较差,则会造成砂轮的快速磨耗。


image.png

       立方氮化硼虽然与金刚石具有相似的结构,但金刚石属于典型的热衰减型磨料,其表面的碳原子键未饱和,在高温(720℃以上) 条件下,这些未饱和的表面碳原子易与氧原子结合生成碳的氧化物而逸出晶体,使晶体逐渐剥离而解体,导致切削力递减,一般使用温度需控制在800摄氏度以下,因此较适合对材料进行中速研磨。

       而立方氮化硼晶体表面为氮、硼原子所覆盖,其中硼原子的电子层结构为1S22S22P1,可提供三个成键电子,使晶体表面的硼原子的价键处于饱和状态没有空悬键,因而其在较高温度下仍能处于相对热稳定状态,可承受1200℃以上的切削温度,在高速及超高速研磨抛光中可发挥出磨料的自锐特性,保持锋利。

       03化学稳定性PK

       金刚石与铁、钴、镍、铬、钒等过渡金属具有很强的亲和性,在高温下铁原子极易与金刚石中的碳原子作用而使其转化为石墨结构,不仅导致磨粒强度的下降,切削力递减,需要修整导致加工效率差,而且还会产生粘屑现象,使得加工质量大大下降,因此金刚石无法用于研磨铁系材质的合金材料。


image.png

       而立方氮化硼CBN对于铁、钢和氧化环境具有良好的化学情性,在1150℃以下都不与铁系金属反应,并且若其在处于氧化环境中时还会形成氧化硼薄层,进一步增加其化学稳定性,特别适合加工各种淬硬钢、冷硬钢等铁系难加工材料。不过,需要注意的是,CBN遇碱性水溶液也会发生化学反应,CBN砂轮在300℃碱性溶液中会分解,在沸水中能微量分解,结果将使磨粒晶形遭到破坏,所以磨削时若采用CBN磨粒,只能选用油性冷却液,而不能用水基冷却液。

       小结

       金刚石和立方氮化硼作为超硬材料,在研磨抛光领域具有极高的不可替代性,而由于它们在处理材料方面的互补性,显著扩展了几乎所有加工材料的磨料工具的应用范围,包括高硬度、高脆性和高韧性材料。其中金刚石凭借其极高的硬度优势,在加工硬质合金、陶瓷、玻璃等硬脆材料方面具有突出优势,立方氮化硼则由于良好的热稳定性和化学稳定性,弥补了金刚石无法高速磨削以及无法加工铁系材料的缺点。

  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

金刚石与立方氮化硼(CBN)如何选择?一文终结你的选择困难

金刚石与立方氮化硼(CBN)如何选择?一文终结你的选择困难

​在机械加工领域,金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)被誉为“超硬材料双雄”。它们凭借卓越的硬度和耐磨性,成为高难度加工任务的利器。然而,两者的性能特...

日期 2025-04-03   刀具新闻
黄河旋风,金刚石全产业链再落子

黄河旋风,金刚石全产业链再落子

​近日,河南黄河旋风股份有限公司(以下简称:黄河旋风)公告称,公司根据公司战略发展需要,拟以自有资金1000万元投资设立全资子公司莲熠钻石(河南)有限公...

日期 2025-04-03   刀具新闻
金刚石线的用途有哪些?金刚石线的市场前景如何?

金刚石线的用途有哪些?金刚石线的市场前景如何?

金刚石线在众多领域发挥着重要作用。在光伏领域,它是硅片切割的关键工具。传统的切割方式存在效率低、精度差等问题,而金刚石线切割技术能够大幅提高硅片的生产效...

日期 2025-04-03   刀具新闻
金刚石芯片,首次演示

金刚石芯片,首次演示

​日本产业技术综合研究所(AIST)与本田技术研究院合作,制造了p型金刚石MOSFET原型,并首次演示了安培级高速开关操作。未来,该公司计划将该技术搭载...

日期 2025-04-03   刀具新闻
 国机精工拟投建功能性金刚石材料项目

国机精工拟投建功能性金刚石材料项目

3月25日,国机精工公告其下属公司国机金刚石(河南)有限公司计划在新疆哈密市成立国机金刚石晶源创科(新疆)有限公司,并启动功能性金刚石材料中试及产业化项...

日期 2025-04-03   刀具新闻
金刚石行业中的专业术语解析:粒径、目数及其换算关系

金刚石行业中的专业术语解析:粒径、目数及其换算关系

​在金刚石行业(尤其是磨料、超硬材料领域),粒径和目数是两个核心参数,直接影响材料的加工性能和应用效果。此外,粒度分布及相关参数(如D10、D50、D9...

日期 2025-03-28   刀具新闻
新锋科技:一块金刚石的突围

新锋科技:一块金刚石的突围

“从美学来看,金刚石可以用来做钻石;从金刚石本身的物理化学性质来看,它在热学、声学、光学、电学等方面具有卓越的特性,因而又被誉为‘材料之王’‘终极半导体...

日期 2025-03-28   刀具新闻
湖北攀峰钻石科技取得金刚石均布的锯片结构专利,能够保证切割效果

湖北攀峰钻石科技取得金刚石均布的锯片结构专利,能够保证切割效果

本实用新型提供一种金刚石均布的锯片结构,包括基体,所述基体的周侧装设有多个金刚石刀头,金刚石刀头上装设有多个金刚石颗粒,基体内装设有多个散热片,基体的周...

日期 2025-03-28   刀具新闻
金刚石:手术机器人背后的“超级英雄”

金刚石:手术机器人背后的“超级英雄”

​你能想象一台机器人精准操刀,完成高难度手术的场景吗?如今,这一科幻般的画面已逐渐成为现实。手术机器人正以其超乎想象的精确度,为患者带来更高质量的医疗服...

日期 2025-03-28   刀具新闻
郑州华晶金刚石与精工锐意开展合作交流

郑州华晶金刚石与精工锐意开展合作交流

​3月11日,郑州华晶金刚石股份有限公司(下称郑州华晶)总经理李克华与来访的精工锐意科技(河南)有限公司(下称精工锐意)董事张霖一行开展技术交流.......

日期 2025-03-14   刀具新闻