氮化硼的合成方案分析
摘要：氮化硼是一种新型的陶瓷材料，六方氮化硼具有质轻，润滑，难溶，耐高温，耐强酸强碱等特点，是陶瓷中最好的高温绝缘材料，加工过程中高温润滑性能最理想的涂料，电子产业中的半导体材料以及核工业中的防中子辐射包装材料等；立方氮化硼密度与硬度都与金刚石相似，耐热性能优于金刚石，是新型高温超硬材料，限于技术水平，目前应用于制造钻头、磨具和切割工具等。制备氮化硼的方案有几种，现从反应方向，原料价格、合成条件及环保等方面讨论，选择一个最优方案。
关键词：氮化硼；反应方向，原料价格；环保
BN的性质
氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6 Ω．cm；压缩强度为170MPa；在c轴方向上的热膨胀系数为41×10-6/℃而在d轴方向上为－2．3×10-6 ；在氧化气氛下最高使用温度为900℃，而在非活性还原气氛下可达2800℃，但在常温下润滑性能较差，故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂，将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂，也可用作高温炉滑动零件的润滑剂，氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。合成BN的方案有几种，但解决实际问题时还应考虑许多其他因素，现从反应方向，原料价格、合成条件及环保等方面分析以下三种方案。
合成BN的三种方案
用单质B与N2反应，用BCl3与NH3反应和用B2O3与NH3反应；当然，除此之外BN的合成方法还有很多，近年来先进的BN合成技术主要有水热合成法，本热合成法，新的化学气相沉积，自蔓延技术，碳热合成技术，离子束溅射技术，激光合成技术等。
用单质B与N2反应
1.1反应方向
B(s)+1/2N2(g)==BN(s)
标准焓变：△fHm==-254.39kJ/mol
标准熵变：△fSm==-86.82J/mol·k
即该反应的转换温度为T==△fHm/△fSm==2930k 只需温度低于2930k即可，可知该反应在298k状态下可以自发进行，而且推动力很大，是放热反应，反应过程中熵增加。此时△fGm==-228.45kJ/mol
1.2合成条件及原料价格
氮气资源极广可用液压法即蒸发液态空气的方法分离空气中的氧气和氮气，由于氧气的沸点是-183℃，氮气为-196℃，所以氧气先从液态空气中分离出来，该过程经历液化和分馏，纯度可达95%到99%左右。市面上氮气的价格为5000元/吨左右；工业上制备硼一般有两种方法：碱法和酸法。市面上硼粉的价格为3500元/kg左右。
该反应需要在1000℃~1400℃的温度，0.5个大气压下和高纯氮的氛围进行，500℃左右二者开始反应，1200℃左右出现明显的吸热峰和增重值，此时二者反应最充分，但BN的生成会阻碍反应的进行。使用烧结助剂氧化铝和氧化钇促进反应烧结，确定其量为20%，当ω(Al2O3):ω(Y2O3)==3:2时制备的式样有较高的强度与气孔率，所得的晶粒大小分布均匀。生成1kgBN 理想需1525元左右。
1.3对环境的影响
氮气占空气的78.1%，对空气无害；在轻工方面，硼酸，硼酸锌可用于防火纤维的绝缘
材料，是很好的阻燃剂，也应用于漂白、媒染等方面；偏硼酸钠用于织物漂白。此外，硼及其化合物可用于油漆干燥剂，焊接剂，造纸工业含汞污水处理剂等；化工方面可用作良好的还原剂，氧化剂，溴化剂，有机合成的掺合材料，高压高频电及等离子弧的绝缘体，雷达的传递窗等；核工业上用作原子反应堆中的控制棒，火箭燃料，火箭发动机的组成物及高温润滑剂，原子反应堆的结构材料等；农业上用作杀虫剂，防腐剂，催化剂，含硼肥料等；高新材料方面，硼化镁作为高温超导材料，价格低廉，导电率高；稀土硼化物已经成功用于雷达、航空航天、冶金、环保等20多个军事和高科技领域。硼化物金属陶瓷具有高温耐磨擦性能，良好的抛光性能和抗化学腐蚀性能。含硼推进剂是高能洁净推进剂。因此硼可回收再利用，对环境友好。
用BCl3与NH3反应
2.1反应方向
BCl3(g)+NH3 (g)==BN(s)+3HCl(g)
标准焓变：△fHm==-81.41kJ/mol
标准熵变：△fSm==92.77J/mol·k
是放热反应，且不管反应温度为多少，该反应都能自发进行。当温度为298K时△fGm==-109.1kJ/mol
2.2合成条件及原料价格
BCl3为无色发烟液体或气体。不燃，有刺激性、酸性气味。遇水分解生成氯化氢和硼酸，并放出大量热量，在湿空气中因水解而生成烟雾，在醇中分解为盐酸和硼酸酯。相对密度1.43。熔点-107.3℃。沸点12.5℃。三氯化硼反应能力较强，能形成多种配位化合物，具有较高的热力学稳定性，在放电作用下，会分解形成低价的氯化硼。在大气中，三氯化硼加热能和玻璃、陶瓷起反应，也能和许多有机物反应形成各种有机硼化合物。市面上价格1000元/kg左右。工业上氨是以哈伯法通过N2和H2在高温高压和催化剂存在下直接化合而制成，市面上价格为2000元/吨左右。
该反应无需高温高压，但HCl会对设备产生腐蚀，且NH3会与HCl结合浪费药品BCl3为酸性气，因而从NH4Cl中分离NH3又另需装置，且生产1kgBN理想需要4730元，对工业生产不利。
2.3对环境的影响
BCl3对健康的危害：通过侵入吸入、食入、经皮吸收等途径侵入人体。对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有强烈的腐蚀作用。吸入后可因喉、支气管的痉挛、水肿，化学性肺炎、肺水肿而致死。其毒理学资料及环境行为体现在其危险特性：BCl3化学反应活性很高，遇水发生爆炸性分解。与铜及其合金有可能生成具有爆炸性的氯乙炔。遇潮气时对大多数金属有强腐蚀性，也能腐蚀玻璃等。在潮湿空气中可形成白色的腐蚀性浓厚烟雾。遇水发生剧烈反应，放出具有刺激性和腐蚀性的氯化氢气体。
短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症，同时可能发生呼吸道刺激症状。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命。长期接触氨气，部分人可能会出现皮肤色素沉积或手指溃疡等症状。
氯化氢对眼和呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。会使人出现头痛、头昏、恶心、眼痛、咳嗽等症状。重者发生肺炎、肺不张。眼角膜可见溃疡或混浊。皮肤直接接触可出现大量粟粒样红色小丘疹而呈潮红痛热。长期较高浓度接触，可引起胃肠功能障碍及牙齿酸蚀症。对环境有危害，对水体可造成污染。遇水有强腐蚀性。
3．用B2O3与NH3反应
3.1反应方向
B2O3(s)+2NH3(g)==2BN(s)+3H2O(g)
标准焓变：△fHm==131.48kJ/mol
标准熵变：△fSm==157.1J/mol·k
即该反应的转换温度为T==△fHm/△fSm==836.92k 只需温度高于836.92k即可，可知该反应在298k状态下不能自发进行，是吸热反应，反应过程中熵增加。此时△fGm==84.66kJ/mol 3.2合成条件及原料价格
虽然硼在空气和氧气中燃烧都可以直接产生三氧化二硼，但三氧化二硼主要通过硼酸脱水制取的。在200－400 °C对硼酸真空脱水，可以得到非常干燥的三氧化二硼。如果在大气中脱水，即使加热到1000 °C，也很难去除最后剩下的痕量水。市面上价格为19元/kg。合成1kgBN需要27元左右。
氧化硼硼最主要的氧化物。该反应需要适当高温，并在减压的条件下进行。
3.3对环境的影响
氧化硼需用内衬二层聚乙烯塑料袋的聚乙烯塑料桶包装。每桶净重25kg。包装上要有“严防潮湿”标志。贮存在通风、干燥的库房中。各层聚乙烯塑料袋要分别扎紧,聚乙烯塑料桶加盖盖紧。贮运时要严格防潮,防雨淋,不可与酸类接触。失火时,可用砂土和二氧化碳灭火器扑救。氧化硼经动物实验可知,其毒性较低,因而规定了与其他低毒的一般粉尘相同的允许浓度值为10mg/m3。对人体及环境危害不大。
综述
结合反应方向，原料价格、合成条件及环保等方面讨论，方案三的成本明显比其他两种低得多，且对环境影响较小。方案一成本较高，设备对抗压力的要求也高。方案二同样成本太高，对设备的耐腐蚀要求也较高，尤其对环境及人的危害极大，不可取。显然以上三种方案中最优方案是采用氧化硼和氨气反应制取氮化硼。
参考文献
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第32卷第5期硅酸盐通报 Vol．32No．52013年5月 BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY May ，2013 氮化硼复合材料研究进展 高世涛，张长瑞，刘荣军，曹英斌，王思青 （国防科学技术大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙410073） 摘要：本文从氮化硼复合材料的优异性能出发，介绍了近年来氮化硼复合材料的研究进展和应用，综述了几种制备氮化硼复合材料的工艺路线，并就氮化硼复合材料目前制备工艺存在的问题和应用前景进行了展望。关键词：氮化硼；复合材料；制备工艺中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001- 1625（2013）05-0872-06Research Progress of Boron Nitride Composites GAO Shi-tao ，ZHANG Chang-rui ，LIU Rong-jun ，CAO Ying-bin ，WANG Si-qing （Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Key Laboratory ， National University of Defense Technology ，Changsha 410073，China ） 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51102282）；湖南省高校科技创新团队支持计划；陶瓷纤维与复合材料国防科技大学创新群体资 助；航空科学基金（2012ZF88006） 作者简介：高世涛（1988-），男，硕士研究生．主要从事陶瓷基复合材料的研究．通讯作者：张长瑞．E- mail ：crzhang@nudt．cn Abstract ：Based on the excellent properties of boron nitride composites ，this paper reviews the new progress and application of biron nitride composites ，and several synthesis methods of boron nitride composites are illustrated．In addition ，the existing problems and the development for the methods are discussed． Key words ：boron Nitride ；composites ；synthesis methods 1引言 BN 是一种人工合成的非氧化物陶瓷材料，它和C2是等电子体，因此和碳单质具有相似的晶体结构，常 见的BN 有类似于石墨的六方晶型（h-BN ）和类似于金刚石的立方晶型（c-BN ）［1］。BN 具有耐高温、抗热振、抗氧化、高热导率、高电阻率、高介电性能、自润滑、低密度、良好的加工性、耐化学腐蚀、与多种金属不浸润等 优良的物理和化学特性［2］ 。将BN 引入复合材料中不仅可以充分发挥BN 陶瓷的优势，同时可以弥补单相BN 陶瓷材料机械性能偏低，抗雨蚀性差，难以制成大形状构件等不足，得到具有优异综合性能的复合材料，在热防护材料、高温透波材料、高性能航空摩擦材料、抗氧化涂层材料等领域［3-6］ 具有广泛的应用前景，是近 年来复合材料研究的热点之一。 2BN 复合材料的制备工艺 根据复合材料不同的设计组成、结构与性能参数等因素，需要采用不同的制备复合材料的方法。目前制 备BN 复合材料常用的方法有高温烧结工艺、气相沉积渗透工艺、溶液浸涂工艺和先驱体浸渍裂解工艺。
氮化硼 中文名称:氮化硼(BN) 英文名称:boron nitride 熔点:2967℃ 密度:2.18g/cm3 氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43. 6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼（HB N)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(W BN)。 外观与性状:润滑,易吸潮.氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，用于制作钻头、磨具和切割工具。 氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6 Ω．cm；压缩强度为170MPa；在c轴方向上的热膨胀系数为41×10-6/℃而在d轴方向上为－2．3×10-6 ；在氧化气氛下最高使用温度为900℃，而在非活性还原气氛下可达2800℃，但在常温下润滑
性能较差，故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂，将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂，也可用作高温炉滑动零件的润滑剂，氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。 氮化硼产品简介英文名Boron Nitride 分子式BN 分子量24.81（按1979年国际原子量）质量标准企业标准（QJ /YH02·08-89）氮化硼是由氮原子和硼原子构成的晶体，该晶体结构分为六方氮化硼（HBN）、密排六方氮化硼（WBN）和立方氮化硼，其中六方氮化硼的晶体结构具有类似的石墨层状结构，呈现松散、润滑、易吸潮、质轻等性状的白色粉末，所以又称“白色石墨”。理论密度2.27g/cm3，比重2.43，莫氏硬度为2。六方氮化硼是具有良好的电绝缘性，导热性，化学稳定性；无明显熔点，在0.1MPA氮气中3000℃升华，在惰性气体中熔点3000℃，在中性还原气氛中，耐热到2000℃，在氮气和氩中使用温度可达2800℃，在氧气气氛中稳定性较差，使用温度1000℃以下。六方氮化硼的膨胀系数相当于石英，但导热率却为石英的十倍。 六方氮化硼不溶冷水，水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氮；与弱酸和强碱在室温下均不反应，微溶于热酸，用溶融的氢氧化钠，氢氧化钾处理才能分解。氮化硼的技术指标1、规格99 ，ＢＮ≥99%B2O3≤0.5%粒度D50(um)≤2.0 2、规格9 8 ，B N≥98% B2O3≤0.5%粒度D50(um)≤2.0 氮化硼的各项性能参数1、高耐热性3000℃升华，其强度1800℃为室温的2
河北工业大学硕士学位论文 目录 第一章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2热传导机理 (2) 1.3导热高分子材料研究进展 (3) 1.3.1 本征型导热高分子材料 (3) 1.3.2 填充型导热高分子材料 (4) 1.3.2.1 导热塑料 (4) 1.3.2.2 导热橡胶 (8) 1.3.2.3 导热胶黏剂 (9) 1.4六方氮化硼概述 (10) 1.5本课题研究目的及主要内容 (11) 第二章有机硅烷修饰氮化硼及其环氧树脂复合材料的制备与性能研究 (13) 2.1引言 (13) 2.2实验部分 (14) 2.2.1 实验原料 (14) 2.2.2 实验仪器与设备 (14) 2.2.3 氮化硼的表面处理 (15) 2.2.4 复合材料的制备 (16) 2.2.5 表征测试 (17) 2.3结果与讨论 (18) 2.3.1 BN表面改性 (18) 2.3.2 环氧树脂的固化行为分析 (23) 2.3.3 复合材料的导热性能 (24) 2.3.4 复合材料的微观形貌 (25) 2.3.5 复合材料的热稳定性 (27) 2.3.6 复合材料的动态机械性能 (28) 2.3.7 复合材料的力学性能 (30) 2.3.8 复合材料的绝缘性能 (31) 2.4本章小结 (32) 第三章聚(环三磷腈-co-双酚A)改性氮化硼/环氧树脂复合材料的制备与性能研究 (35) V
氮化硼/环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究 3.1引言 (35) 3.2实验部分 (35) 3.2.1 实验原料 (35) 3.2.2 实验仪器与设备 (36) 3.2.3 氮化硼的表面修饰 (36) 3.2.4 复合材料的制备 (37) 3.2.5 表征测试 (37) 3.3结果与讨论 (37) 3.3.1 HBBN的合成及表征 (37) 3.3.2 复合材料的导热性能 (41) 3.3.3 复合材料的绝缘性能 (45) 3.3.4 复合材料的热稳定性能 (45) 3.3.5 复合材料的阻燃性能 (48) 3.4本章小结 (51) 第四章结论 (53) 参考文献 (55) 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果 (63) 致谢 (65) VI
陶瓷刀具的种类和性能 陶瓷作为非金属刀具材料，因其能实现高硬度材料的切削和高速切削，所以作为工业的牙齿在金属切削领域中广泛应用，本文根据陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的种类和性能，浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。 一，陶瓷刀具的种类及发展脉络 陶瓷刀具的种类及发展：陶瓷刀具最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强：氧化铝陶瓷刀具—-复合氧化铝陶瓷刀具--氮化硅陶瓷刀具--立方氮化硼刀具。 在金属切削领域，氧化铝陶瓷刀具和氮化硅陶瓷刀具合称为陶瓷刀具；在无机非金属材料学中，立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类，立方氮化硼材料刀具的问世，是陶瓷刀具的革命。我国河南超硬材料研究所作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料刀具的研究所之一，最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀具，其韧性和耐磨性能显着增加。 二，陶瓷刀具的性能及其在金属切削中的应用 陶瓷刀具比硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，而硬质合金在800℃时则变软；所以陶瓷刀具更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺 点是氧化铝陶瓷刀具的强度和韧性很低，容易破碎。因陶瓷刀具耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随切屑带走，所以大部分研究者认为：氧化铝陶瓷刀具能够，且最好高于硬质合 金切削的10倍线速度下进行切削，才能真正体现陶瓷刀具的优点。 为了减低陶瓷刀具对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷刀具的韧性比硬质合金刀片还是低得多。 另一个提高氧化铝陶瓷刀具韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相 当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。单受其抗冲击韧性限制，一直精车加工领域中使用。 和氧化铝陶瓷刀具一样，氮化硅陶瓷刀具比硬质合金刀片有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好，与氧化铝陶瓷刀具相比它的缺点是在加工
氮化硼 科技名词定义 中文名称： 氮化硼 英文名称： Boron nitride 定义： 由ⅢA族元素B和ⅤA族元素N化合而成的共价半导体材料。分子式为BN。有两种晶型，六方BN较软，称“白色石墨”，立方BN硬度高，与金刚石相当。 应用学科： 材料科学技术（一级学科）；半导体材料（二级学科）；化合物半导体材料（二级学科） 氮化硼 氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。 管制信息 本品不受管制 名称 中文名称：氮化硼 英文别名：Boron nitride CAS号 10043-11-5 EINECS号 233-136-6 化学式 BN 相对分子质量 24.82 性状 六方晶系结晶。最常见为石墨晶格。有一种一氮化硼立方结晶的变体被认为是已知的最硬的物质。也有无定形变体。具有抗化学侵蚀性质。不被无机酸和水侵蚀。在热浓碱中硼碳键被断开。1200℃以上开始在空气中氧化。稍低于3000℃时开始升华。真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸，不溶于冷水。相对密度2.25。熔点3000℃。 储存 密封保存。 用途 制造合金、耐高温材料。半导体。核子反应器。润滑剂。 制取 将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材
六方氮化硼（HBN）陶瓷的性质和用途 六方氮化硼是使用最普遍的氮化硼形态，为松散、润滑、易潮湿的白色粉末，真密度 2.29g/cm 3.，和石墨的晶体结构比较相近，为类似石墨的层状结构。 机械性能上，HBN是一种软性材料，莫氏硬度2，机械强度低但比石墨高。由于BN晶体的 类石墨层状结构，由片状晶体热压成型的致密HBN瓷体具有一定程度的定向排列，这种微 观组织使HBN制品的某些性能具有较明显的各向异性特性。热压HBN的机械性能在平行 于受压方向的强度比垂直于受压方向的强度大（见表1）。 表 1 HBN陶瓷的机械强度及其与石墨和Al2O3的对比 HBN 石墨Al2O3 平行方向垂直方向 抗压强度/MPa 315 238 35~80 1200~1900 抗弯强度/MPa 60~80 40~50 15~25 220~350 六方氮化硼热膨胀系数低，热导率高，所以抗热震性优良，在1200~20℃循环数百次也不破坏。无明显熔点，在0.1MPa氮气中于3000℃升华。在氮气气氛中最高使用温度2800℃， 在氧气气氛中的稳定性较差，使用温度900℃以下。表2为HBN和几种低热膨胀系数陶瓷 性能的比较。从表中可以看出，HBN的热膨胀系数相当于石英，但其热导率却为石英的10倍。 表2 HBN和其它材料的热性能 HBN BeO Al2O3滑石瓷ZrO2石英玻璃氟树脂 最高使用温度/℃900（氧气） 2800（氮气） 2000 1750 1100 2000 130 25 热导率[(w/m.k)] 25.1 255.4 25.1 2.51 2.09 1.67~4.19
六方氮化硼是热的良导体，又是典型的电绝缘体。常温电导率可达1016~1018Ω. cm ，即使在 1000℃，电阻率仍有1014~106Ω. cm 。HBN 的介电常数3~5。，介电损耗为（2~8）×10-4，击穿强度为Al 2O 3的两倍，达30~40kV/mm 。 HBN 有优良的化学稳定性。对大多数金属熔体，如钢、不锈钢、Al 、Fe 、Ge 、Bi 、Cu 、Sb 、Sn 、In 、Cd 、Ni 、Zn 等既不润湿又不发生作用。因此，可用作高温热电偶保护套，熔化金属的坩埚、器皿、输送液体金属的管道，泵零件、铸钢的模具以及高温电绝缘材料等。 六方氮化硼（HBN ）具有较高的热导率、低的介电常数和介电损耗、可靠的电绝缘性能、低的热膨胀系数、良好的抗热震性能、优异的加工性能、对大多数金属不浸润、质轻、透微波和红外线、非常高的耐热性等优异性能，是一种重要的宇航材料，在运载火箭、飞船、导弹、卫星等飞行器无线电系统中得到了广泛应用。 热膨胀系数/10-6℃-1 0.7（⊥） 7.5（∥） 7.8 8.6 8.7 10.0 6.5
论文题目：立方氮化硼刀具特点及应用设计 2013年11月25日
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立方氮化硼刀具特点及应用设计 摘要： 立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料，它具有优良的物理力学性能，具有硬度高、韧性好、热稳定性高和化学惰性大等特点。因此在切削加工的各个方面表现 出了优异的切削性能,特别适宜于加工各种淬硬钢、冷硬铸铁等难加工材料。本文 介绍CBN刀具材料的切削性能,以及在加工过程中的使用特点和应该注意的问题， 为在机械加工行业推广奠定基础。 关键词： CBN(立方氮化硼)；PCBN（聚晶立方氮化硼）；刀具；材料；切削性能 Cubic Boron nitride Cutting Tool Characteristics and Application Design Abstract: Cubic boron nitride (CBN) is a pure synthetic material, which has such excellent physical and mechanical properties as high hardness, good toughness, high thermal stability and chemical inertness etc. Therefore, in various aspects of cutting it showed excellent performance, and is particularly suitable for processing all kinds of hardened steel, cast iron and other hard materials processing. This paper introduces the cutting performance of CBN tool materials, as well as how to use this tool and the problems that should be paid attention to during the process, for the purpose of laying a foundation to its application in mechanical processing. Key Words:cubic boron nitride; polycrystalline cubic boron nitride; cutting tool; material; cutting performance 1 引言 立方氮化硼(Cubic Boron Nitride简称CBN)由于具有高硬度，高耐磨性，低摩擦系数，高热传导率、良好的耐热性和化学稳定性等这些独特的特性组合，使其成为加工各类铁族金属材料的有效工具，并被誉为“过去半个世纪提高工业生产率的最大贡献之一”。CBN的优异性能，特别是在汽车发动机制造行业，CBN 已在工业发达国家得到了较为普遍的应用和迅速的发展。目前美国、欧洲、日本的汽车发动机轴类零件（曲轴、凸轮轴）的精加工几乎普及了CBN砂轮磨削，我国从90年代至今，一直在从事这方面的研究工作，其数控磨床的制造CBN刀
氮化硼金属纳米复合材料表面催化反应的理论研究近年来,随着计算机水平的和密度泛函理论电子结构计算的快速发展,采用 基于第一性原理的密度泛函理论从原子尺度理解材料的性质,设计新型功能材料已经成为一种非常重要的研究手段。随着纳米技术和表征手段的不断突破和创新,纳米材料因其独特的性质和优异的性能受到广泛的关注。低维功能材料表面催化活性的研究对于理解催化反应机理,设计新型复合催化剂具有重要的意义。而通过第一性原理的计算从原子尺度理解低维材料表面催化性质是一种非常重要的 研究手段。 我们从计算模拟的角度研究了六方氮化硼和金属复合物表面的催化活性和 反应机理。本论文共五章,主要有四个部分。第一部分也就是第一章主要介绍了理论研究方法。第二部分主要是第二章的两个工作。 主要研究了基于六方氮化硼(h-BN)单层负载的单个金属原子的CO氧化的工作。第三部分是三四章的内容,主要通过金属衬底,金属团簇调节惰性的h-BN单层或金属纳米线调制BN纳米管,改变其催化活性,实现O2活化。第四部分是与实验合作的工作,主要研究了Pd单一表面纳米晶体上O2活化。第一章主要介绍了密度泛函理论和过渡态搜索方法。 密度泛函理论主要介绍了理论框架和发展应用。密度泛函理论是从量子力学出发,以体系的密度为基础,求解基态粒子密度,进而得到体系的性质。它的主要实现方式是通过求解Kohn-Sham方程,将多相互作用的多粒子问题转化为有效的无相互作用粒子体系的问题,将体系的所有近似都集中在交换相关泛函里面。最终通过自洽迭代求解基态电荷密度,此时对应体系的能量就是基态的能量。 而过渡态搜索方法的介绍主要着重介绍了本论文所使用的同步转向方法(synchronous transit简称ST)和NEB (Nudged Elastic Band Method)方法。 这两种方法都是从反应物和产物出发,搜索过渡态的方法。第二章中,两个工作都是关于单原子催化的工作。第一个工作研究了h-BN单层负载单个Au原子的CO 氧化。 这一个工作中,我们认为Au/VB-h-BN复合结构上进行的是一种未被报道过 的三分子ER反应,O2分子直接在吸附的两个CO分子上进行活化。形成一种OCOAuOCO的中间态,同时解离出两个CO2分子,这是反应的决速步,能垒是0.47eV。
聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及存在的问题 作者：admin 发表时间：2011-12-23 11:17:49 点击：132 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，PCBN刀具所采用中的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。 （3）CBN晶粒含量 PCBN刀具中的CBN晶粒含量对PCBN刀具的硬度、导热性有较大的影响。CBN含量越高，刀具的硬度越高，导热性越好。高含量PCBN刀具（一般CBN含量为80%～90%）是以CBN之间的直接结合为主，具有高硬度和高导热性。这类PCBN刀具适合加工高硬度合金和组织中含有高硬质点的材料，如冷硬铸铁、耐热合金等。目前此类刀具刀片主要有GE公司的BZN6000，Element Six公司的AMB90，住友电工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多为陶瓷粘结剂，耐热性好，易于加工淬硬钢（合金钢、轴承钢、模具钢、碳钢等），利用切削区内热滞留高温形成的金属软化效应进行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200，Element Six公司的DBC50，住友电工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均属于此类。 （4）粘结剂 CBN烧结所需的粘结剂：①物理化学性能越接近CBN越好，这样不会过多的削弱烧结后PCBN刀具的切削性能；②易于达到熔点温度或在此温度下具有较好的塑性；③相对于CBN具有足够的化学活性，具有使六方氮化硼（HBN）向CBN转化的催化性。 目前，常用到的粘结剂按其物理化学性质可分为金属粘结剂（如Ni、Co、Ti、Ti-Al 等）和陶瓷粘结剂（如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等）；按作用可分为催化剂（如Al、AlN、AlB2、Si等）和溶解剂（如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等）。粘结剂种类和含量都对PCBN刀片的性能有不同的影响。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化学磨损能力和抗冲击能力，但含量过高会降低刀具硬度，使刀具寿命缩短；钴是最常用的粘结剂，可以提高CBN烧结时的烧结度；Ti陶瓷粘结剂可以提高PCBN刀片的韧性；铝及铝的化合物可与CBN颗粒及其它粘结剂发生反应，使CBN颗粒粘结得更加牢固，提高刀具耐磨性；Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN转化的有效催化剂，在陶瓷粘结剂里加入少量的Al、Si还可以增强CBN间的粘结，形成连续的陶瓷相；以铝化镍作为粘结剂的PCBN复合片导电性好，适于采用低成本电火花进行切割。
氮化硼三种合成方法的讨论 摘要:氮化硼是一种重要的化工原料,它是一种耐高温的材料,一页是一种优良的绝缘材料，在耐火材料和电子工业中已得到广泛的应用。本文从反应方向，原料价格及环保等方面对三种氮化硼合成方法进行了比较和探究。 一、引言 1、氮化硼简介 氮化硼的分子式为BN，它是由氮原子和硼原子组成的化合物。具有四种不同的结构：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。氮化硼于碳是等电子体，具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀。1200℃以上开始在空气中氧化，稍低于3000℃时开始升华，真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸，不溶于冷水，相对密度2.25，熔点3000℃。 硼，原子序数5，原子量10.811。硼为黑色或银灰色固体。晶体硼为黑色，熔点约2300℃，沸点3658℃，密度2.34克/立方厘米；硬度仅次于金刚石，较脆。 氯化硼，无色发烟液体或气体，有强烈臭味，易潮解。熔点 -107.3℃沸点：12.5℃溶解性溶于苯、二硫化碳 三氧化二硼（化学式：B2O3）又称氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一种白色蜡状固体，一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。它是已知的最难结晶的物质之一。
二、 反应方法分析 合成氮化硼有以下三种方法： 1、 用单质B 与N 2反应： B(s) + 1/2N 2(g) = BN(s) 2、 用BCl 3与NH 3反应: BCl 3(g) + NH 3(g) = BN(s) + 3HCl(g) 3、 用B 2O 3与NH 3反应: B 2O 3 (s) + 2NH 3(g) = 2BN(s) + 3H 2O(g) a 、反应方向 查找书后附录可知： 1、 B(s)： 1()f m kJ mol H -Θ? = 0；1 ()f m G kJ mol Θ-? = 0； 11()f m S J mol K Θ--?? = 5.86； N 2(g)： 1()f m kJ mol H -Θ? = 0；1 ()f m G kJ mol Θ-? = 0； 11()f m S J mol K Θ--?? =191.50； BN(s)： 1()f m kJ mol H -Θ? = -254.39；1 ()f m G kJ mol Θ-? = -228.45； 11()f m S J mol K Θ--?? =14.81； 1()r m kJ mol H -Θ? = -254.39；11 ()r m S J mol K Θ--?? =-86.8； 该反应的标准吉布斯函数变为：
1 概述 超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。随着现代制造业（尤其是汽车制造业）的快速发展，超硬 刀具的生产及应用也逐年快速增长。图1、图2分别为PCD刀具和PCBN 刀具近十几年来全球销售额的增长情况。至1997 年，PCD刀具年销售额已达2.3亿美元，PCBN刀具年销售额为1.7亿美元。 超硬刀具大部分用于汽车零部件的切削加工。图3、图4分别为1995年全球PCD刀具和PCBN 刀具在各应用领域的销量份额。其中，PCD刀具的60%用于汽车制造业，近30%用于木工刀具 (至九十年代末期PCD木工刀具的份额已占到40%)；PCBN 刀具的1/2用于汽车制造业，约 20%用于重型设备(如轧辊等)的加工。 近年来，随着CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、 长寿命加工的超硬刀具的应用也日渐普及，同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。 2 超硬刀具的主要品种及特点 (1) PCD金属切削刀具 PCD金属切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。 近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具（尤其是多齿刀具）的特点是切削刃对刀柄的跳动小（如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm），尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀（六刃，直径100mm），最高转速可达20,000R/MIN, 以上，切削速度可达7,000M/MIN，适合于汽车零部件的成形面加工。https://www.doczj.com/doc/ff1078463.html, 非标工装夹具设计CNC精密零件加工焊接工装夹具制
氮化硼粉休的台成研究 刘军１雷玉成１包旭东１张跃冰２ （‘江苏大学材料科学与工程学院镇江?２１２０１３） （２哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨?１５０００１） ， 摘要以尿素、硼酸为原料合成一种六方氮化硼ｔ－ＢＮ（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｅｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅ）粉体。实验采用两步合成法，第一步在近似密闭的容器中将混合好的原料缓慢加热至９００℃左右，形成无定形ＢＮ，然后在氮气氛下将无定形ＢＮ加热至１２００＂（：以上保温，使其转化成ｔ－ＢＮ。用ＸＲＤ、ＳＥＭ及激光粒度分析等手段对所制备氮化硼粉体进行研究。发现所制备的氮化硼粉体是较纯的ｔ－ＢＮ，且为平均粒径在亚微米尺寸的球形颗粒。 关键词氮化硼粉体合成 ＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｏｆＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅＰｏｗｄｅｒ ＬｉｕＪｕｎＬｉｅＹｕｃｈｅｎｇＢａｏＸｕｄｏｎｇＺｈａｎｇＹｕｅｂｉｎｇ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ?２１２０１３ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｒｅｃｉｓｉｏｎＨｏｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＭｅｔａｌｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｅｒｂｉｎ?１５０００１ Ａｂｓｔｒａｃｔｔ－ＢＮ（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｃｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅ）ｐｏｗｄｅｒＷａＳｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｕｓｉｎｇｕｒｅａａｎｄｂｏｒｉｃａｃｉｄａｓｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｙｎｔｈｅ－ｓｉｚｅａｍｏｒｐｈｏｕｓｂｏｒｏｎｎｉｔｆｉｄｅ，ｔｈｅｍｉｘｅｄｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｈｅａｔｅｄｔｏ９００。Ｃｓｌｏｗｌｙｉｎａｑｕａｓｉ－ｃｌｏｓｅｄｖｅｓｓｅｌ．Ｔｈｅｎ．ａｎｍｒｐｈｏｕｓｂｏｒｏｎｈｉ－ｔｒｉｄｅｐｏｗｄｅｒｗ罄ｈｅａｔｅｄｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｔｏ１２００。Ｃｏｒａｂｏｖｅｆｏｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｌｉｏｎｏｆｔ－ＢＮ．Ｔｈｅｔ－ＢＮｐｏｗｄｅｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＳＥＭａｎｄｌａｓｅｒｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙａｎａｌｙｚｅｒ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅＢＮｐｏｗｄｅｒｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｗａｓｐｕｒｅｔ—ＢＮｗｉｔｈａｓｉｚｅｏｆｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｎａｎｄａ ｓｈａｐｅｏｆｇｌｏｂｕｌａｒ． ＫｅｙｗｏｒｄｓＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅＰｏｗｄｅｒＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅ １前言 六方氮化硼是一种具有优良导热性能的陶瓷材料，可作为高温固体润滑剂及高温绝缘材料使用，在航空航天等领域有着广泛的应用前景。但是，由于高性能六方氮化硼粉体制备成本较高，且烧结性能较差，对其应用产生一定的不利影响。近年来，另一种晶型的ＢＮ受到普遍关注，这种ＢＮ被称为ｔ—ＢＮ（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｃｂｏｒｏｎｎｉｔｒｉｄｅ），可以看成是六方氮化硼的一种形态，这种六方氮化硼与一般的六方氮。化硼ｈ－ＢＮ不同，ｈ－ＢＮ结构中原子层是按ａｂａｂａｂ……的方法有序堆垛的，而ｔ—ＢＮ结构中原子层的排列是随机的。ｔ－ＢＮ与ｈ＇ＢＮ的性能相似，它的烧结性能优于ｈ－ＢＮ，且在高温下会转化成ｈ－ＢＮ的有序层状结构＂ｊ。 ２实验方法 以化学纯硼酸和尿素为原料，四硼酸钠为助熔剂，为保证有足够的氮与硼反应，在进行原料配比时应控制氮与硼的摩尔比在２－３之间为宜，助熔剂为０－２０％。将原料混合均匀后放人氧化铝坩埚，在箱式炉中加热至９００℃，短时保温１０－２０分钟，取出后粉碎磨细，在氮气氛下加热至１３００。（：，保温２小时。将制得的粉体研磨后先后用稀盐酸和热蒸馏水 ?３ｌ?
立方氮化硼的性质与应用 氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有4种不同的变体：六方氮化硼(HBN )、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿型氮化硼(WBN)。 第一节氮化硼的结构 氮、硼原子采取不同杂化方式互相作用，可形成不同结构的氮化硼晶体。当氮、硼原子以SP2方式杂化后，由于键角为120°，成键后形成与石墨类似的平面六角网状结构分子，这种大的平面网状分子采取不同的空间堆垛方式后，又可形成不同的结构—六方氮化硼(HBN)和菱方氮化硼(RBN)。 一、六方氮化硼 六方氮化硼具有与石墨类似的结构，外观为白色，因而有时也称该种氮化硼为类石墨氮化硼或白石墨。 六方氮化硼的结构如图14-1所示，层状排列为AA'AA '…类型，晶格常数a=0.251nm，c=0.670 ±0.04 nm，密度ρ为2.25g/cm3。 六方氮化硼在空气中非常稳定，能耐2270K高温；在3270K时升华。氮化硼具有良好的绝缘性、导热性和化学稳定性，不溶于冷水，水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氢。与弱酸和强碱在室温下均不反应，微溶于热酸，用熔融的氢氧化钠、氢氧化钾处理才能分解，利用这一性质，可以将立方氮化硼从六
方氮化硼中分解出来。 二、菱方氮化硼 菱方氮化硼的结构如图14-2所示，层状排列为ABCABC…类型。晶格常数a= 0.2256nm，c=0.4175nm，密度ρ为2.25g/cm3。 菱方氮化硼具有与六方氮化硼相同的性质，不能用物理方法将其分开。菱方氮化硼层间的ABCABC…排列更有利于向立方氮化硼转变，因而有人用菱面体氮化硼在冲击压缩中直接得到了立方氮化硼。
立方氮化硼刀片硬车淬火SKD11与渗碳淬火20CrMnTi对比 （华菱超硬CBN刀具研发部） SKD11材料淬火工艺及硬度与渗碳淬火20CrMnTi不尽相同，最大区别在于其淬火后的内部组织变化，对切削力的影响有很大差别。本实验采用同一种立方氮化硼刀片牌号对两种淬硬材料进行车削，以期得出最优化的刀片刃口参数以及最优化的切削用量。 SKD11材料的淬火硬度与性能 SKD11是日本高耐磨冷作模具钢材,相当于中国的Cr12MoV, 其韧性较Cr12 钢高，淬火时体积变化最小，常用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。SKD11淬火后硬度一般在HRC55-64之间（空冷的话硬度一般在HRC58以上,油冷的话能淬硬到HRC64）， 20CrMnTi材料的淬火硬度与性能 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，表面硬度一般在HRC50-62之间，具有较高的低温冲击韧性，常用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。 热后硬车用立方氮化硼刀片的正交试验 刀具材料：立方氮化硼刀片，牌号：华菱BN-H10；刀片型号CNMA120408； 试切工件：1，Skd11淬火后硬度62HRC；2，20CrMnTi淬火后硬度58HRC。 立方氮化硼刀片的刃口处理：负倒棱0.1*20度；0.1*15度；0.1*25度；0.2*20；0.2*15度；0.2*25度。 切削参数：吃刀深度ap=0.25mm；走刀量0.1mm/min;线速度(单位m/min)分别为70m;90;110;130;150;180. 车削时间：45分钟。刀具磨损测量：后刀面磨损宽度。 对比结果： 1，硬车SKD11时，立方氮化硼刀片在0.1*20度，线速度为120m/min时，刀具磨损量最小；如图一曲线。 2，硬车渗碳淬火后的20CrMnti时，立方氮化硼刀片在0.1*15度，线速度为90m/min时，刀具磨损量最小；如图二曲线。
合成化学报告 课题：氮化硼的制备方法研究 班级：应化0802班 姓名：杨晓娜 学号：1505080922
一.氮化硼的性能、用途 氮化硼，俗称又称“白色石墨”是白色、难溶、耐高温的物质，具有润滑，易吸潮性，由氮原子和硼原子构成的晶体，该晶体结构分为六方氮化硼（hBN）、密排六方氮化硼（wBN）和立方氮化硼(cBN)。氮化硼可着润滑剂、电解、电阻材料、添加剂和高温的绝缘材料；也可用着航天航空中的热屏蔽材料、原子反应堆的结构材料、飞机、火箭发动机的喷口；电容器薄膜镀铝、显像管及显示器镀铝等；各种保鲜镀铝包装袋等。 （一）六方氮化硼的用途 六方氮化硼是一种耐高温、耐腐蚀、高导热率、高绝缘性以及润滑性能优良的材料，被广泛地应用于石油、化工、机械、电子、电力、纺织、核工业、航天等部门。 1．利用六方氮化硼优良的化学稳定性，可用作熔炼蒸发金属的坩埚、舟皿、液态金属输送管、火箭喷口、大功率器件底座、熔化金属的管道、泵零件、铸钢的模具等。 2．利用六方氮化硼的耐热耐蚀性，可以制造高温构件、火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流件发电机的耐蚀件等。 3．利用六方氮化硼的绝缘性，广泛应用于高压高频电及等离子弧的绝缘体以及各种加热器的绝缘子，加热管套管和高温、高频、高压绝缘散热部件，高频应用电炉的材料。 4．利用六方氮化硼的润滑性，氮化硼作为润滑剂使用时，它可以分散在耐热润滑脂、水或溶剂中；喷涂在摩擦表面上，待溶剂挥发而形成干模；填充在树脂、陶瓷、金属表面层作为耐高温自润滑复合材料。氮化硼悬浮油呈白色或黄色，因而在纺织机械上不污染纤维制品，可大量用在合成纤维纺织机械润滑上。 5．六方氮化硼还可用作各种材料的添加剂。由氮化硼加工制成的氮化硼纤维，为中模数高功能纤维，是一种无机合成工程材料，可广泛用于化学工业、纺织工业、宇航技术和其他尖端工业部门。 （二）立方氮化硼的用途 立方氮化硼更是一种集多种优异功能于一身的多种功能材料，它的硬度仅次于金刚石，但稳定性高于金刚石。立方氮化硼具有高稳定性、高热导率、高硬度
针对加工制动鼓出现的问题研制的立方氮化硼刀具 制动鼓是汽车零部件中的主要消耗品，并且随着汽车市场的飞速发展，下 游行业如机械制造厂也迅速崛起，但与此同时问题也随之产生，故现在对包括 制动鼓在内的汽车零部件的质量要求极为严格。 加工制动鼓的要求：一是表面光洁度一般在Ra1.6之内，表面粗糙度要求高，二是批量生产制动鼓，采用数控车床高速加工制动鼓，节约加工时间，这 两方面都必须达到，必须保证刀具具有良好的加工性能，如硬度，耐磨性和使 用寿命等。 目前，加工制动鼓常见的刀具材料有硬质合金刀具和立方氮化硼刀具，硬 质合金刀具还是主要刀具，但对于大批量生产的制动鼓常会选择立方氮化硼刀具，原因在于一是硬质合金刀具对线速度敏感，不能高速切削，对于少量制动 鼓的加工选择硬质合金刀具较经济，大批量生产制动鼓就会影响整体加工效率；原因二是立方氮化硼刀具不仅硬度高，耐磨性和抗冲击性强，对线速度不敏感，可高速切削，提高加工效率。尤其是华菱超硬研制的立方氮化硼刀具BN-S30牌 号和BN-K20牌号加工制动鼓效率显著提高。 下面就针对加工制动鼓时传统刀具出现的问题及制动鼓本身的问题推出的 方案。 一、针对粗加工制动鼓华菱超硬BN-S30牌号的解决方案（如下图）： 加工效果：华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S30牌号与涂层硬质合金刀具相比：在走刀量是涂层硬质合金刀具的2倍，线速度是涂层硬质合金刀具的1.8倍的 基础上，单刃寿命是涂层硬质合金刀片的20倍。 二、针对精加工制动鼓华菱超硬BN-K20牌号的解决方案（如下图）：
加工效果：华菱超硬立方氮化硼刀具BN-K20牌号与其他厂PCBN刀片相比：粗糙度可保证粗糙度保证在Ra1.0之内，并且单刃寿命是其他厂PCBN刀具的 1-2倍。 三、针对精加工制动鼓华菱超硬BN-S30牌号的改进 华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S30牌号属于非金属粘合剂立方氮化硼刀具，粗，精加工均可。并且经过改进之后精加工制动鼓效果更突出，改进一是由刚 开始的4个刃口菱形刀片改进成8个刃口的正方形刀片；改进二是圆弧角调小。 延伸阅读：华菱提供如下难加工材料和高效率加工方面的刀具产品及解决 方案： 1，高硬度铸铁/铸钢的加工,如:高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁等高硬度 合金铸铁，高锰钢等耐热耐磨钢的粗加工和精加工【可拉荒粗车有夹砂、气孔 的铸件毛坯】 2，热处理后的高硬度工件加工,如:淬硬轴承钢、渗碳钢、氮化钢、工具钢、模具钢热后硬切削，可断续切削【刀片的韧性和耐磨性能优异；单边背吃刀量 ap可达7.5mm，可加工HRC45-HRC79之间的高硬度钢件】 3，其他难切削材料类：高温合金、粉末冶金，难熔合金及碳化钨，镍基，钴基合金的加工以及热喷涂喷焊件的硬面加工【可订做非标，来图来样加工】 4，普通灰口铸铁、珠光体球墨铸铁的高速切削【刀具寿命是合金刀具寿命的10-20倍】
立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN 微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度高达1360℃ ,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此,虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高耐磨性的优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。 陶瓷刀具。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍,其红硬性比硬质合金高2～6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。 涂层刀具。涂层材料的发展,已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层,经历了TiC-112o3-TiN 复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中,工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料,横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金,化学稳定性和抗氧化性好,耐剥离磨损,耐氧化和扩散,具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。 三、高速切削刀具的具体应用情况 理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力,高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺,达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超