立方氮化硼单晶小颗粒的硬度探析

立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，简称CBN）是一种人工合成的超硬材料，自1957年首次由美国GE公司研究人员合成以来，便在材料加工领域展现出了巨大的应用潜力。其独特的原子结构和优异的物理性能，尤其是高硬度，使得立方氮化硼单晶小颗粒在磨削、切削等领域发挥着重要作用。

立方氮化硼单晶的基本特性

立方氮化硼是由氮原子和硼原子以sp3方式杂化形成的化合物，其原子结构与金刚石中的碳原子结构高度相似。这种结构赋予了立方氮化硼高密度和极高的硬度。从晶体结构上看，立方氮化硼由B原子组成的面心立方晶格和N原子组成的面心立方晶格沿对角线错开1/4组成，使得其晶体结构与金刚石相近，晶格系数也相当接近。

立方氮化硼单晶小颗粒的硬度

立方氮化硼的硬度是仅次于金刚石的自然界中第二硬的物质。其莫氏硬度为9.7，维氏硬度则高达7000～9000HV，甚至有报道指出，某些纳米等级的立方氮化硼硬度已超越钻石，维氏硬度达到108GPa。这一硬度数值远超过其他常见的磨料材料，如碳化硅（显微硬度25.48～35.28GPa）和氧化铝（显微硬度17.64～27.44GPa）。

值得注意的是，立方氮化硼的硬度是各向异性的。利用努氏硬度计测定，CBN单晶在[100]方向的硬度为4600kg/mm²，而在[110]方向的硬度为3200kg/mm²，尽管这两个方向的硬度都低于金刚石（分别为10000kg/mm²和7000kg/mm²），但已经足以应对大多数高硬度材料的加工需求。

小颗粒立方氮化硼单晶的应用优势

小颗粒的立方氮化硼单晶主要用作磨具材料。通过结合剂的作用，将CBN磨粒粘结成具有一定几何形状的制品，如砂轮、磨石等。这些磨具在金属加工领域，特别是黑色金属（如铁、钢等）的加工中表现出色。由于立方氮化硼单晶小颗粒具有极高的硬度，它们能够高效地去除金属材料，同时保持较长的使用寿命和较高的磨削精度。

此外，立方氮化硼单晶小颗粒还具有良好的导热性和热稳定性。其导热系数虽然低于金刚石，但远高于高速钢和硬质合金等材料，有助于在高速切削过程中保持刀具的稳定性。同时，立方氮化硼可承受1200℃以上的切削温度，这一特性使其在高温加工环境中表现出色。