摘要:在现代工业尤其是汽车工业及航天航空工业中，复合材料及耐磨有色金属材料被大量使用，而采用普通刀具加工这类材料却难以胜任。因此，超硬刀具材料PCBN应运而生。本文对PCBN材料的主要性能进行了描述。指出，PCBN材料的性能主要与CBN的含量、粒度及结合剂的种类有关。一类是Co等作粘结相，高CBN含量的PCBN，主要用于粗加工，切削高硬度合金钢、耐磨铸铁、硬质合金等较优。另一类是以陶瓷作粘结相，低CBN含量，细粒度的PCBN，主要用于精加工，切削材料以淬火钢、模具钢、轴承钢为主。
　　一、引言
　　立方氮化硼复合体(PCBN)是上个世纪70年代初开发的一种超硬刀具材料。与传统刀具材料相比，具有耐磨性高、耐热性好、与铁族金属不起亲和反应等优点。
　　实践表明，PCBN刀具具有加工精度高和较低的工件表面粗糙度，达到“以车代磨”、“以铣代磨”、“以镗代磨”的使用效果。其加工精度可以达到1μm，表面粗糙度可以达到0.2μm。PCBN是先进加工不可缺少的利刃，高速切削技术发展的历史，也就是刀具材料不断进步的历史。铁族金属高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼。
　　单晶立方氮化硼的颗粒很小，目前人工合成的单晶立方氮化硼的最大粒径为3mm左右。鉴于培育立方氮化硼大单晶在技术上存在难度，所以，苏联、美国、英国、日本和中国相继研制出聚晶立方氮化硼[1]。
　　二、 PCBN制造工艺简述
　　聚晶立方氮化硼可以分为整体PCBN烧结块和带硬合金基体的PCBN复合片。整体PCBN烧结块是由CBN颗粒在高压高温下烧结而成的;PCBN复合片是由CBN层与硬质合金基体在高压高温下烧结而成的。多晶体的结构使聚晶立方氮化硼具有各向同性，克服了单晶存在解理面的缺陷，同时，PCBN具有硬质合金基体的抗冲击韧性[2]。
　　目前，应用比较多是带粘结剂的聚晶立方氮化硼复合片。虽然，整体PCBN烧结块克服了立方氮化硼单晶颗粒小以及各向异性的缺点，但它作为刀具在焊接时存在一定问题，整体PCBN烧结体不易被通常的焊料所浸润粘接，直接进行焊接很困难，而聚晶立方氮化硼复合片则具有这方面的优势[3]。
　　1、 粘结剂
　　粘接剂在烧结过程中起着降低烧结压力和温度，改善烧结体性能的重要作用。选择粘接剂要遵循以下原则:
　　(1).线膨胀系数尽可能与立方氮化硼接近，这样可以降低温差应力;
　　(2).粘接剂与氮或硼元素应有强烈的化学亲和性，从而可以牢固地粘接立方氮化硼;
　　(3).可以牢固地连接硬质合金基体;
　　用作聚晶立方氮化硼粘结剂材料很多，大致可归结为三类:
　　(1).金属粘结剂，由金属或合金组成。一般有铝、钛、钴、镍等;
　　(2).陶瓷结合剂，主要有氮化物、碳化物、硼化物等;
　　(3).金属陶瓷结合剂，由陶瓷与金属或金属合金按一定配比组成。
　　用金属作粘结剂的聚晶立方氮化硼一般CBN含量高、韧性好、导热性优于陶瓷作粘结剂的聚晶立方氮化硼。但金属通常在七八百度的温度下就会软化，高温下软化效应会导致聚晶立方氮化硼的耐磨性下降。金属与立方氮化硼的线膨胀系数相差较大，高温时会导致立方氮化硼结构的变化，从而使红硬性下降。
　　陶瓷结合剂熔点相对较高，高温时不会产生软化效应，用陶瓷作结合剂的聚晶立方氮化硼具有较高的耐高温磨损和较强的抗化学磨损性。但陶瓷在高温时导热性差，切削温度集中在被加工材料上，使之软化。
　　金属陶瓷结合剂则兼具了纯金属和陶瓷粘结剂两者的优点，解决了上述问题，目前在发展推广中[4]。
　　2 、立方氮化硼的含量
　　立方氮化硼含量越高，聚晶立方氮化硼的硬度越硬。通常情况下聚晶立方氮化硼的硬度为HV3000～HV 5000。立方氮化硼的含量一般在40%～95%之间[5]，超过95%时，烧结性能变差，并且耐磨性大大降低[6]。
　　3、 立方氮化硼的粒度
　　立方氮化硼颗粒的尺寸大小对聚晶立方氮化硼的耐磨性和抗破损性的影响很大。一般说来，立方氮化硼颗粒越小，聚晶立方氮化硼耐磨性越好，抗压强度越高，但细粒度的立方氮化硼不容易烧结。颗粒尺寸越大，聚晶立方氮化硼抗机械磨损能力就越强，而抗磨损能力越弱，用此制作的刀具的刃口锋利性就越差。
　　4 、烧结工艺