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            立方氮化硼刀片:合成原料、工藝及其性能

            立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,簡(jiǎn)稱CBN)刀片,作為一種超硬刀具材料,其合成原料的選擇與制備工藝對(duì)于其性能和應(yīng)用范圍至關(guān)重要。本文將詳細(xì)介紹立方氮化硼刀片的合成原料及其相關(guān)特性。

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            立方氮化硼是一種人工合成的超硬材料,其硬度僅次于金剛石,因此被廣泛應(yīng)用于切削和磨削工具中。立方氮化硼的合成原料主要包括六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride,簡(jiǎn)稱HBN)和催化劑。在高溫高壓的條件下,六方氮化硼與催化劑反應(yīng),轉(zhuǎn)化為立方氮化硼。

            立方氮化硼的合成方法多樣,但主要分為高壓合成法和低壓合成法。高壓法主要包括靜態(tài)高壓法和沖擊壓縮法(爆炸法);低壓合成法,即亞穩(wěn)區(qū)域生長(zhǎng)法,主要包括氣相沉積法和水熱法。在這些方法中,應(yīng)用最為廣泛的為靜態(tài)高壓觸媒法。

            在高壓合成法中,靜態(tài)高壓法通過(guò)在高溫高壓下使用催化劑(如堿金屬、堿土金屬、錫、鉛、銻和它們的氮化物)促進(jìn)六方氮化硼向立方氮化硼的轉(zhuǎn)化。這種方法可以制備出高質(zhì)量、大尺寸的立方氮化硼單晶或多晶。沖擊壓縮法則是利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波,在瞬間達(dá)到高溫高壓條件,促進(jìn)六方氮化硼的轉(zhuǎn)化。這種方法雖然效率較高,但合成的立方氮化硼質(zhì)量較難控制。

            低壓合成法中的氣相沉積法和水熱法,則是通過(guò)控制反應(yīng)條件,使六方氮化硼在氣相或水熱環(huán)境中逐漸轉(zhuǎn)化為立方氮化硼。氣相沉積法主要用于薄膜生長(zhǎng),而水熱法則適用于制備納米級(jí)或微米級(jí)的立方氮化硼顆粒。

            立方氮化硼刀片的合成,除了上述的六方氮化硼和催化劑外,還需要添加少量的結(jié)合劑。結(jié)合劑在立方氮化硼的合成過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,它可以降低燒結(jié)的溫度和壓力,改善燒結(jié)體的性能。常見(jiàn)的結(jié)合劑包括金屬粘結(jié)劑(如Ni、Co、Ti、Ti-Al等)和陶瓷粘結(jié)劑(如TiN、TiC、Al2O3等)。金屬粘結(jié)劑可以提高立方氮化硼刀具的韌性,而陶瓷粘結(jié)劑則具有更好的抗高溫性能。

            立方氮化硼刀片的合成工藝主要包括原料準(zhǔn)備、混合、成型和燒結(jié)等步驟。在原料準(zhǔn)備階段,需要精確稱量六方氮化硼、催化劑和結(jié)合劑,確保各組分的比例準(zhǔn)確?;旌想A段則是將各組分均勻混合,以保證燒結(jié)時(shí)各組分能夠充分反應(yīng)。成型階段則是將混合后的物料壓制成所需的形狀和尺寸。燒結(jié)階段則是在高溫高壓下,使物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成立方氮化硼刀片。

            立方氮化硼刀片具有許多優(yōu)異的性能,如高硬度、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性等。這些性能使得立方氮化硼刀片在切削和磨削加工中表現(xiàn)出色,特別是在加工高溫合金、火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料時(shí),其優(yōu)勢(shì)更加明顯。此外,立方氮化硼刀片還具有良好的耐磨性和較長(zhǎng)的使用壽命,能夠顯著降低加工成本和提高加工效率。

            立方氮化硼刀片的合成原料及其制備工藝對(duì)于其性能和應(yīng)用范圍具有重要影響。隨著科技的不斷發(fā)展,立方氮化硼的合成方法也在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新,相信未來(lái)立方氮化硼刀片將在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。


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