1、1、引言,1957年，美國(guó)GE公司首先用高溫高壓法合成了cBN。 cBN具有高的硬度（僅次于金剛石）、寬帶隙、高穩(wěn)定性和高阻抗等特點(diǎn)，使其具有廣泛的應(yīng)用前景。 使用高溫高壓法合成的cBN刀具、磨料已應(yīng)用于材料的高速精密加工；用cBN晶體已經(jīng)制成了高溫二極管和紫外發(fā)光管等。,1、引言,CBN磨具,CBN刀具,CBN晶體,2、cBN簡(jiǎn)介,立方氮化硼（cBN）屬于面心立方晶系 具有閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu) 在111方向上，原子層以ABCABC方式排列 B，N原子間以sp3雜化方式成鍵。,2、cBN簡(jiǎn)介,由于cBN優(yōu)異的性能 通常把cBN和金剛石 的性質(zhì)進(jìn)行比較,2、cBN簡(jiǎn)介,cBN具有許多優(yōu)異的特性： 1、

2、僅次于金剛石的高硬度 超硬保護(hù)涂層、刀具材料 2、熱導(dǎo)率高和熱穩(wěn)定性好 3、高溫下抗氧化性能強(qiáng)（1300以下不易氧化） 4、光譜透過(guò)率高 光學(xué)元件的涂層、光學(xué)窗口材料、紫外發(fā)光二極管 5、半導(dǎo)體特性好 高溫、大功率、抗輻射的電子器件； 6、電學(xué)特性好 場(chǎng)發(fā)射材料、封裝冷陰極電子場(chǎng)發(fā)射器件 7、良好的絕緣性,3、cBN的制備方法,1957年Wentorf用合成金剛石的裝置，用鎂作觸媒，與hBN混合，經(jīng)高溫（1400以上）高壓（6109Pa）處理后，在鎂的周圍發(fā)生反應(yīng)并出現(xiàn)硬塊，經(jīng)衍射看到硬塊具有與金剛石類似的圖樣，確定為立方型BN（簡(jiǎn)稱cBN）。 靜態(tài)高壓觸媒法,靜態(tài)高,3、cBN的制備方法,靜

3、態(tài)高壓觸媒法 靜態(tài)高壓下直接轉(zhuǎn)變法 晶種溫度梯度法 爆炸法（加或不加介質(zhì)） 氣相法,工業(yè)生產(chǎn)cBN 最主要的方法,4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,六面頂壓機(jī)具有操作方便、壓力均勻等優(yōu)點(diǎn) 從60年代起一直是我國(guó)合成超硬材料的主流設(shè)備 它采用油壓系統(tǒng)推動(dòng)頂砧運(yùn)動(dòng)，并予施壓和保壓，而且在其壓力容限內(nèi)，可對(duì)施加的壓力進(jìn)行調(diào)整。,4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,日本OhSawa公司生產(chǎn)的六面高溫高壓燒結(jié)機(jī),4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,與國(guó)外相比，國(guó)產(chǎn)六面頂壓機(jī)頂錘有特殊設(shè)計(jì)存在頂錘導(dǎo)角（41） 利于密封邊的形成，進(jìn)行快速地升壓和降壓，使cBN合成周期短，有效利用時(shí)間長(zhǎng) 壓力損耗加大，造成液壓系統(tǒng)壓力較高,

4、4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,（1）壓力控制系統(tǒng)適應(yīng)高壓要求 超高壓液壓泵，進(jìn)行無(wú)限期的補(bǔ)壓和保壓 精密壓力傳感器，提高壓力控制精度以及實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)采集 回程油路加裝管式背壓閥，使活塞在運(yùn)行中行走平穩(wěn) 液控系統(tǒng)回路中蓄能器，緩沖油壓,4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,（2）溫度控制系統(tǒng) 溫度的控制是通過(guò)標(biāo)定加熱功率和腔體內(nèi)部溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系 只要內(nèi)部腔體的材質(zhì)穩(wěn)定不變，那么在1500時(shí)，溫度的控制系統(tǒng)可以達(dá)到10，相對(duì)控制精度為1.0。,4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,（3）溫度和壓力的標(biāo)定 高溫高壓下很難進(jìn)行溫度和壓力的原位檢測(cè) 只能用間接辦法進(jìn)行溫度和壓力的標(biāo)定采用恒功率加熱，通過(guò)實(shí)際投入功率的大

5、小來(lái)標(biāo)定腔體內(nèi)的溫度。測(cè)溫時(shí)用AB熱電偶測(cè)量腔體中心的溫度，熱電偶連接頂錘的示意圖如圖2.3所示。,4、CBN制備的高壓設(shè)備介紹,（4）傳壓介質(zhì)的要求 傳壓（要求可塑性變形好） 密封（要求內(nèi)摩擦力足夠大） 保溫（要求熱導(dǎo)率低） 絕緣 支撐（形成密封邊）,5、二階段升壓工藝燒結(jié)cBN,升壓達(dá)到P1（加熱壓力或送溫壓力）開(kāi)始加熱，并一次性將加熱溫度升至預(yù)定的合成溫度值 壓力升到P2時(shí)（臺(tái)階壓力），停止升壓并在此壓力下保持一段時(shí)間t（暫停時(shí)間） 再升壓至預(yù)定的合成壓力P3（終態(tài)壓力）。,其中 暫停時(shí)間的長(zhǎng)短 影響著cBN的 成核率、產(chǎn)量 及晶形是否完整等 重要參數(shù)。,5、二階段升壓工藝燒結(jié)cBN,5、二階段升壓工藝燒結(jié)cBN,吉林大學(xué)楊旭昕經(jīng)實(shí)驗(yàn)采用二階段升壓工藝，具體的工藝參數(shù)為：臺(tái)階壓力4.0GPa，終壓為4.6GPa，合成溫度為1390，暫停時(shí)間分別為20s、15s、10s。隨著暫停時(shí)間的加長(zhǎng)，cBN的成核率降低，產(chǎn)量減少，粒度明顯增大，晶形完整率提高。,6、結(jié)束語(yǔ),cBN是目前加工鐵族金屬及其合金的高精、高效、節(jié)能的最有效材料。 其晶體形態(tài)，抗壓強(qiáng)度等直接影響其效能的發(fā)揮。 隨著高壓設(shè)備的不斷完善，各種研究手段的不斷創(chuàng)