PCBN 刀具的性能及其应用

立方氮化硼 CBN(Cubic Boron Nitride)是 20 世纪 50 年代首先由美国通用电气(GE)公司利用
人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它
与金刚石统称为超硬材料。

    CBN 具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料 CBN 砂轮广泛用
于磨削加工中。由于 CBN 具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图将其应
用于切削加工，但单晶 CBN 的颗粒较小，很难制成刀具，且 CBN 烧结性很差，难于制
成较大的 CBN 烧结体，直到 20 世纪 70 年代，前苏联、中国、美国、英国等国家才相继研
制成功作为切削刀具的 CBN

——

烧结体

聚晶立方氮化硼 PCBN(Polycrystalline Cubic Boron 

Nitride)。从此，PCBN 以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤其在高硬度材
料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过 30 多年的开发应用，现在已出现了用以
加工不同材料的 PCBN 刀具材质。

    1 PCBN

 

刀具材料及其切削性能

    1.1 PCBN 刀具材料的种类

    按添加成分分：有直接由 CBN 单晶烧结而成的 PCBN 和添加一定比例粘结剂的 PCBN
烧结体两大类；按制造复合方式分：有整体 PCBN 烧结块和与硬质合金复合烧结的
PCBN 复合片两类。目前应用较广的是带粘结剂的 PCBN 复合片，根据添加的粘结剂比例
不同则 PCBN 硬度也不同，粘结剂含量越多则硬度越低、韧性越好；粘结剂种类不同，则
PCBN 的用途也不同，如表 1 所示为常见粘结剂的 PCBN

 

刀具及其用途。

 
   表 1 常见粘结剂的 PCBN 刀具及其用途

    CBN 含量(%)－粘结剂种类－主要用途
    ～60－TiN－淬火钢
    ～70－TiC－铸铁
    ～70－Al2O3－铸铁
    ～90－AlN－高强度铸铁
    ～80－Co－耐热合金钢铸铁

    1.2 PCBN 刀具的切削性能

    由于 CBN 晶体与金刚石晶体都属闪锌矿型，且晶格常数相近，化学键类型相同，因
而 CBN 具有接近金刚石的硬度和抗压强度，又因为其是由 N、B 原子所组成，因此具有
比金刚石更高的热稳定性和化学惰性。PCBN

 

刀具材料主要性能如下：

    （1）具有很高的硬度和耐磨性。CBN 单晶的显微硬度为 HV8000～9000，是目前已知
的第二高硬度的物质，PCBN 复合片的硬度一般为 HV3000～5000。因此用于加工高硬度
材料时具有比硬质合金及陶瓷更高的耐磨性，能减少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸
分散性，尤其适用于自动化程度高的设备中，可以减少换刀调刀辅助时间，使其效能得

 

到充分发挥。