Materiały polikrystaliczne otrzymywane na bazie regularnego azotku boru, określanego jako cBN (ang. cubic boron nitride), znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle maszynowym, szczególnie w produkcji narzędzi skrawających. Sześcienny monokryształ azotku boru jest rodzajem niemetalicznego supertwardego materiału, syntetyzowanego z heksagonalnego azotku boru przy użyciu katalizatora w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia.
Właściwości i charakterystyka cBN
Twardość sześciennego azotku boru ustępuje jedynie diamentowi, jednak jego stabilność termiczna jest znacznie wyższa, zwłaszcza w przypadku obróbki elementów żelaznych. To kluczowy czynnik, który sprawia, że materiał ten jest szczególnie przydatny w przemyśle obróbki metali. Materiały na bazie cBN otrzymuje się w specjalnych urządzeniach drogą spiekania w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury, przy udziale dodatków aktywujących, takich jak metale (najczęściej z grup IV-VI układu okresowego, a także żelazo, glin, kobalt, nikiel), azotki, węgliki oraz tlenki.
Klasyfikacja spieków cBN
W technologii znane są dwa główne rodzaje spieków z regularnym azotkiem boru:
- Spieki o wysokiej zawartości cBN (powyżej 85% obj.): Struktura charakteryzuje się dużą ilością mocnych połączeń typu cBN-cBN. Cechują się wysoką twardością, wytrzymałością mechaniczną, odpornością na kruche pękanie oraz wysokim przewodnictwem cieplnym. Są jednak mniej odporne na zużycie chemiczne w podwyższonych temperaturach.
- Spieki o niższej zawartości cBN (poniżej 85% obj.): Zawierają ponad 15% fazy wiążącej (azotki, borki, węgliki metali). Ich właściwości są modyfikowane przez odporną termicznie i chemicznie fazę wiążącą.
Nowoczesne metody wytwarzania kompozytów
Istota innowacyjnych rozwiązań polega na modyfikacji składu mieszanek wyjściowych. Do proszku cBN o ziarnistości 0,1-20 µm dodaje się proszek wielofazowy z układu Ti-Si-C, otrzymany w procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS). Skład takiego proszku obejmuje zazwyczaj Ti3SiC2, TiSi2, SiC, TiC oraz fazę WC.
| Typ cBN | Charakterystyka | Zastosowanie |
|---|---|---|
| CBN-SYA01 | Czarny monokryształ, średnia wytrzymałość, dobre samoostrzenie | Spoiwo żywiczne i ceramiczne |
| CBN-SYA02 | Wysoka wytrzymałość, wysoka stabilność termiczna | Narzędzia galwaniczne, spoiwa ceramiczne i metalowe |
| CBN-SYA03 | Gładka powierzchnia, wysoka integralność kryształu | Zaawansowane narzędzia precyzyjne |
Zastosowanie w narzędziach skrawających
Narzędzia wykonane z materiałów supertwardych, takich jak cBN, wykazują wysoką efektywność technologiczną i ekonomiczną. Dzięki zaawansowanym procesom spiekania, w tym zastosowaniu faz z układu Ti-Si-C oraz WC, uzyskuje się kompozyty o optymalnych parametrach dla nowoczesnych procesów obróbki skrawaniem. Podczas spiekania zachodzą reakcje chemiczne, w wyniku których tworzą się nowe fazy (np. TiCN, SiC, TiB2, WSi2), co znacząco poprawia trwałość ostrzy.