技术

PCBN刀具作为21世纪的主要换代刀具之一，在工业发达国家工具使用总量中所占比重越来越大。美国GE公司认为，在工业化国家，PCBN刀具材料将有6.2亿美元的市场。我国机床工具行业的“十五”规划重点是发展数控机床及其配套部件，2005年国内PCBN刀片需求量已达到66.2万片（折合为30mm的片）。根据市场调查和科学预测，我国PCBN刀具消费总值到2010年可达到5.4亿元。
PCBN刀片的研制

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。

1PCBN刀片的烧结

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：

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Elementsix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。

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Elementsix公司的DBA80、DBC50，美国GE公司的BZN7000S、BZN8200，日本住友的NBX300、NBX3200等。

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刀片质量的影响因素

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。

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。

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。

CBN晶粒含量

CBN含量对