隨著現代工業對高硬度材料加工需求的日益增加，傳統磨料已難滿足高效、精密加工的要求。在此背景下，超級磨料的誕生成為工業技術發展的重要里程碑。
立方晶氮化硼（CBN）作為一種僅次於鑽石硬度的人工合成材料，以其優異的耐用性、高溫穩定性及化學穩定性，迅速成為高硬度材料加工中的重要磨料。
CBN的廣泛應用不僅提升了加工效率，還突破了鑽石磨料在特定材料與高溫加工中的局限性，成為汽機車、航空航天及切削刀具製造等行業的關鍵技術支撐。
本篇將會詳細講解CBN氮化硼的特性、應用及其對工業發展的深遠影響，讓讀者能更加了解如何有效地使用氮化硼磨料。
目錄
超級磨料的歷史發展
人們為了追求更高品質與效率的工業加工，研究出超級磨料-鑽石磨料和立方晶氮化硼（CBN）
天然鑽石的早期應用（1950年代之前）
在20世紀50年代之前，工業上只能使用天然鑽石作為磨料。高品質的鑽石被加工成單石工具，適用於精密作業；而低品質的鑽石則被粉碎後製成研磨或鋸切工具的磨料。
人造鑽石的發明與應用（1950年代後期）
1950年代後期，人類成功合成了人造鑽石，這是一項革命性的技術進步。
與天然鑽石相比，人造鑽石能針對特定用途進行精確製造，並迅速成為工業中的主流磨料，用於研磨、鋸切、搪磨、鑽孔、削整和車削等多種用途。
人造鑽石的消耗量（現代）
如今，全球每年消耗超過1億克拉的人造鑽石磨料，其中約三分之一用於研磨，而研磨應用中約一半的磨料被使用於碳化鎢及其他硬質材料的加工。
立方晶氮化硼的出現（1960年代末）
在1960年代末，技術上又有了一次重大突破，成功合成了一種硬度僅次於鑽石的超級磨料——立方晶氮化硼（CBN）。CBN因其特殊的性能和高價值，迅速成為工業應用中的新寵。
CBN磨料的發展（1980年代起）
到了1980年代初，全球每年消耗的CBN磨料已超過1000萬克拉，其重要性不斷提升。與此同時，CBN開始逐步取代氧化鋁磨料，並預計將與人造鑽石磨料共同成為工業磨料的主導角色。
下面將會著重介紹立方晶氮化硼磨料的特性與應用
立方晶氮化硼(CBN)的介紹
CBN的原子結構與鑽石非常相似，因此擁有極高的硬度，僅次於鑽石。然而，CBN是一種完全人造的材料，天然產出的並不存在。
CBN的製造過程需要將白色氮化硼（BN）在高溫（1500~2000℃）和高壓（5~9萬大氣壓）環境下，藉助觸媒作用，使其從六方晶體轉化為立方晶體結構。這種特殊的製程使CBN成為一種高性能的超級磨料。
CBN的主要用途是解決鑽石磨料在某些領域中的局限性，特別是在鐵系、鎳系和鈷系等高硬度特殊材料的研磨加工中發揮關鍵作用。由於這些材料的化學性質與鑽石不相容，CBN成為工業加工的理想選擇。
知識小補充:觸媒又稱催化劑，是能透過提供另一活化能較低的反應途徑而加快化學反應速率，而本身的質量、組成和化學性質在參加化學反應前後保持不變的物質。
立方晶氮化硼CBN的特色
高硬度
- CBN的硬度僅次於鑽石，比碳化矽更硬，大約是氧化鋁硬度的兩倍。
- 擁有銳利、持久且耐用的切削刃是強韌型CBN氮化硼超級磨料的最大特色。
化學穩定性
- CBN在常溫下化學性非常穩定，不易與加工材料發生化學反應。
- 與鑽石相比，CBN在高溫環境中的化學穩定性更強，能有效抵抗氧化及其他化學侵蝕。
高溫穩定性
- 在約900℃時，CBN的表面會形成氧化氮化硼薄膜，這層保護膜能防止進一步氧化。
- CBN的熱穩定性可持續至1300℃，在高溫加工中性能表現優異，不易因熱量影響而退化。
解決鑽石磨料的限制性
- 特別適用於鐵系、鎳系、鈷系等高硬度金屬的研磨與加工。
- 能克服鑽石在高溫或某些材料加工中容易氧化或化學反應的限制。
優越的加工能力
- CBN的切削效率高於傳統磨料，能快速移除材料並提供高精度的加工效果。
- 在砂輪磨耗過程中，CBN顆粒會自然劈裂，產生新的銳利切削角，延長使用壽命並保持加工性能。
耐磨性強
- CBN砂輪的磨耗量低，能有效延長砂輪的使用壽命，降低更換頻率和成本。
立方晶氮化硼CBN與鑽石相比的化學穩定性與高溫特性
磨料的化學穩定性是衡量其性能的重要因素。雖然鑽石的硬度（Knoop硬度為7000）高於CBN（Knoop硬度為4700），但在鋼材研磨中，CBN因其化學與熱穩定性表現更為優越。
鑽石的高溫問題：
- 在常溫下，鑽石與CBN的化學性均較穩定，但在高溫環境中，鑽石容易氧化和石墨化。
- 鑽石在600~700℃開始氧化，最終轉化為二氧化碳，導致硬度下降並失去研磨能力。
- 此外，鑽石作為碳基材料，與工件中的鎢、鉬、鉻、釩等元素形成碳化物，發生熱化學結合與擴散，使其砂輪磨耗量急速增加。
CBN的高溫表現：
- CBN在約900℃時，其表面開始氧化，但形成的氧化氮化硼薄膜能保護晶體，減少進一步氧化。
- 這種保護膜可持續至1300℃，使CBN在高溫環境中保持熱穩定性，不易受研磨熱的影響。
CBN有比鑽石還優秀的化學及熱穩定性，而且CBN不像鑽石，會遭鐵、鈷及鎳等化學性侵襲，因此CBN是研磨鐵合金、鈷基及鎳基超合金等的最佳選擇。
立方晶氮化硼CBN的應用
CBN氮化硼是一種專為研磨、搪磨、切削、擦磨和拋光等工序設計的超級磨料。其高硬度與卓越的加工性能，使其在精密研磨和切削應用中能輕鬆超越傳統磨料如白色氧化鋁。
CBN氮化硼適用於各種高硬度與耐磨材料：
- 工具及模具鋼
- 碳及合金鋼
- 鑄鐵
- 不鏽鋼
- 太空合金
- 其他耐磨合金
CBN氮化硼因其高效率和耐用性，特別適合大量生產或工具間使用，主要應用於以下行業：
- 汽機車工業：用於發動機零件、傳動系統及車輛部件的加工。
- 油壓零件業：適用於高精密零件的加工需求。
- 軸承製造：提供穩定的高精度加工效果。
- 航空航天業：處理高強度、耐磨的航空材料。
- 切削刀具製造業：適合刀具及相關工具的高硬度加工。
鑽石與氮化硼都是適合用於高硬度及高強度加工的超級磨料，但如果要研磨鐵族元素的話，氮化硼是最佳的選擇。
結論
CBN氮化硼以其卓越的硬度、耐用性、高溫穩定性和化學穩定性，成為現代工業不可或缺的超級磨料。它不僅克服了鑽石磨料在高溫與特定材料加工中的限制，更在研磨、搪磨、切削、擦磨和拋光等應用中展現出超越傳統磨料的性能，特別是對工具及模具鋼、碳及合金鋼、不鏽鋼、太空合金和其他耐磨材料的加工。
CBN氮化硼的獨特性能使其在汽機車工業、油壓零件業、軸承製造、航空航天業以及切削刀具製造等領域的量產和工具製造中發揮關鍵作用。
CBN氮化硼已成為高硬度材料加工中的首選解決方案，引領現代工業精密加工技術向更高水平發展。
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