聚晶立方氮化硼(以下簡(jiǎn)稱PCBN)刀具是利用人工方法在高溫高壓條件下用立方氮化硼(CBN)微粉和少量的結(jié)合劑合成的燒結(jié)體制作成的。它具有很高的硬度，其硬度及耐磨性僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他材料，因此他與金剛石刀具統(tǒng)稱為超硬材料，切削速度比硬質(zhì)合金高10~20倍，刀具壽命比硬質(zhì)合金高3~5倍；它也有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，因此常用于黑色金屬的切削；它的導(dǎo)熱性比金剛石差但比其他材料高得多，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度介于硬質(zhì)合金和陶瓷之間。用PCBN刀具，可加工以前只能用磨削方法加工的特種鋼，它還非常適合數(shù)控機(jī)床加工時(shí)使用。
1、PCBN刀具的制作方法
(1) 制作燒結(jié)體就是將CBN粉末或金剛石粉末與結(jié)合劑的混合粉末及硬質(zhì)合金基板填充入密封盒中，在高溫高壓條件下燒結(jié)的同時(shí)使其與基體結(jié)合。
(2) PCBN刀具的制作，首先對(duì)燒結(jié)體原材料進(jìn)行切斷加工，然后將其焊接在硬質(zhì)合金基體上形成刀片，或焊接于鋼的刀具支撐體上，再對(duì)切削刃進(jìn)行研磨精加工，最終形成可以使用的刀具。PCBN刀具的制作方法如圖所示。
2、PCBN刀具的分類
PCBN刀具按添加成分可分為:直接由CBN單晶燒結(jié)而成的PCBN和添加一定比例粘結(jié)劑的PCBN燒結(jié)體兩大類。按制造復(fù)合方式分為:有粘結(jié)劑復(fù)合燒結(jié)的PCBN復(fù)合片和整體PCBN燒結(jié)塊的兩類，其中粘結(jié)劑燒結(jié)的PCBN又分為使用金屬粘結(jié)劑與使用陶瓷粘結(jié)劑兩類。目前應(yīng)用較廣的是帶粘結(jié)劑的PCBN復(fù)合片，根據(jù)添加的粘結(jié)劑比例不同則PCBN硬度也不同，粘結(jié)劑含量越多則硬度越低、韌性越好。
(1) 加入金屬粘結(jié)劑的CBN燒結(jié)，金屬粘結(jié)劑種類很多，主要有Ni、Co、Ti、Ti-Al等。在燒結(jié)溫度下，金屬粘結(jié)劑稱為液相，液相的出現(xiàn)對(duì)CBN燒結(jié)有一定的促進(jìn)作用，因此燒結(jié)體可以在稍低的溫度和壓力下進(jìn)行。另外，由于CBN不溶于金屬粘結(jié)劑，不會(huì)發(fā)生可以促進(jìn)收縮和晶體長(zhǎng)大的溶解析出過程。在燒結(jié)過程中，硬質(zhì)合金中的鈷呈液態(tài)滲入CBN晶界中，將硬質(zhì)合金與CBN燒結(jié)體緊密粘結(jié)在一起。采用金屬粘結(jié)劑的PCBN刀具的硬度較純CBN燒結(jié)的刀具硬度低，但是韌性好。
(2) 加入陶瓷粘結(jié)劑的PCBN燒結(jié)，陶瓷粘結(jié)劑主要有TiN、TiC、Al2O3，等。由于燒結(jié)過程中易產(chǎn)生裂紋，因此多在陶瓷粘結(jié)劑中加入鐵族元素(鐵、鈷和鎳)以及Mo或Mo2C等可以增加陶瓷離子間的強(qiáng)度，起到流體傳壓介質(zhì)的作用，有利于形成內(nèi)部無變形的燒結(jié)體，鉬等還可以改進(jìn)陶瓷粒子和鐵元素之間的潤(rùn)濕性。陶瓷粘結(jié)劑PCBN中粘結(jié)劑的含量一般較高，韌性較金屬粘結(jié)劑刀具差，但其抗高溫性能更好。
(3) 純PCBN燒結(jié)，在CBN聚晶體中也可以不加粘結(jié)劑直接燒結(jié)成聚晶立方氮化硼。CBN在燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過程，燒結(jié)后的CBN多晶體的晶粒已不是原來的CBN單晶體顆粒。這種PCBN刀具耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，但較脆且溫度條件苛刻，難以制成高韌性及大尺寸的刀片。
3、PCBN的特性
PCBN的耐熱性可達(dá)1400~1500℃，在800℃時(shí)的硬度相當(dāng)于ALO-TiC陶瓷的常溫硬度；CBN材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于金剛石但大大高于硬質(zhì)合金，并且隨著切削溫度的提高，PCBN刀具的導(dǎo)熱系數(shù)不斷增大，因此可使刀尖處熱量很快傳出，有利于工件加工精度的提高；CBN與不同材料的摩擦因數(shù)很低，在加工過程中切削力很?。挥捎赑CBN刀具材料具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以它是最適合用于高速條件下的干式切削加工的刀具材料。
PCBN刀具在使用時(shí)需注意盡量不使用水溶性切削液，因?yàn)镃BN易在1000℃產(chǎn)生水解作用，造成刀具嚴(yán)重磨損。
