Марки порошков кубического нитрида бора, их свойства и области применении

Основную область применения кубического нитрида бора (КНБ) определили его уникальные физико-механические свойства — высокая термостойкость, диффузионная устойчивость и отсутствие химического сродства к железу, дающие возможность использовать КНБ в качестве режущего и абразивного инструмента, предназначенного главным образом для обработки закаленных легированных сталей высокой твердости, а также ряда неметаллических материалов, таких как гранит, ситалл, стекло, керамика и др.

Физические, химические и эксплуатационные характеристики порошков КНБ колеблются в широких пределах в зависимости от различных технологических факторов, влияющих на их свойства (исходные материалы, парамегры синтеза, инициаторы и модификаторы превращения BN, -> BN_K><;. и др.). Поэтому порошки КНБ, синтезируемые разными производителями, имеют существенные различия и выпускаются на рынок под различными торговыми марками, отражающими основные их характеристики и области преимущественного применения.

В СНГ промышленностью освоен в основном выпуск двух марок порошков КНБ: эльбор, и кубонит.

Порошки КНБ марки «Эльбор» в соответствии с ОСТ 2 МТ 79−2-88 существуют нескольких разновидностей (ЛО, ЛП, ЛКВ, ЛД, ЛМ), в том числе с металлическими и неметаллическими покрытиями. Основные характеристики указанных разновидностей следующие: эльбор ЛО — абразивные порошки обычной механической прочности, получаемые при высоких давлениях и температурах из составов Mg — В — N в камерах высокого давления на специальных прессовых установках. В этих условиях практически из порции порошка гексагонального нитрида бора (ГНБ) с добавкой в качестве инициатора синтеза диборида магния (MgB₂) происходит формирование друз перекристаллизации и рост кристаллов КНБ. Эльбор ЛО выпускается в виде порошков зернистостью 250/200 — 50/40 и наиболее эффективно используется в абразивном инструменте на органической связке и в производстве шлифовальной шкурки для чистовой и окончательной шлифовки различных металлических изделий.

Элъбор ЛП — монокристальные шлифнорошки КНБ повышенной механической прочности, получаемые кристаллизацией из составов системы Mg — В — N в присутствии газообразующих добавок, придающих маточному раствору свойства флюида. В этом случае получается материал в виде гемноокрашенных кристаллов и их сростков изометричного и упрощенного вида; строение кристаллов мозаичное, блочное, реже секториатьно-мозаичное, поэтому грани кристаллов имеют развитый микрорельеф. Выпускается эльбор ЛП также в виде порошков зернистостью 250/200 — 50/40. Причем зерна порошка из-за развитой поверхности их граней хорошо скрепляются с керамической связкой, что обеспечивает прочное удержание ЛП-зерен в изготовляемом из них абразивном инструменте на керамической связке. Наиболее рекомендуемая область применения абразивного инструмента из эльбора ЛП — это глубинная заточка металлорежущих инструментов из быстрорежущих сталей, а также шлифование деталей из закаленных легированных сталей и труднообрабатываемых сплавов.

Эльбор ЛКВ — монокристальные шлифпорошки КНБ высокой механической прочности, выпускаемые зернистостью 315/250 -50/40.

Эльбор ЛД — порошок КНБ, состоящий из дробленных поликристаллов КНБ зернистостью 630/500 — 63/50.

Эльбор ЛМ — микропорошки КНБ, получаемые при классификации по зернистостям исходных порошков ЛО, ЛП, ЛКВ. Различают два вида микропорошков этого типа: ЛВМ — порошки с высоким содержанием основной фракции и ЛПМ — порошки с повышенным содержанием основной фракции.

Ведущей зарубежной фирмой, выпускающей сверхтвердые материалы на основе КНБ является фирма «Дженерал Электрик» (США). Этой фирмой выпускается материал под торговой маркой «Боразон» нескольких разновидностей, отличающихся своими.

свойствами и областями их использования. В табл. 1.9 приведены основные характеристики шлифпорошков боразона, производимых фирмой «Дженерал Электрик».

Крупным поставщиком КНБ под торговой маркой «Амбор» является фирма «Де Бирс» (ЮАР). Характеристика порошков КНБ, выпускаемых этой фирмой представлена в табл. 1.10.

Активно развивается также производство шлифпорошков на основе КНБ в Японии. В частности, японской фирмой «Сева Денко КК», основной продукцией которой являются материалы марок SNB и BBN. Материал марки BBN представляет собой порошок КНБ практически без примесей (содержание BN — 99%), пикнометрическая плотность 3480 кг/м³, а твердость частиц по Кнупу составляет 47 ГПа. Материал марки BBN — это фактически стандартные порошки КНБ. Обе марки материалов SNB и BBN имеют несколько модификаций, основные из которых приведены в табл. 1.11.

Анализ данных, представленных в табл. 1.9−1.11 показывает, что в мире активно разрабатываются шлифматериалы на основе КНБ для определенных, часто достаточно узких областей их применения. Эта тенденция продиктована, очевидно, необходимостью создания надежно работающего инструмента в конкретных условиях с максимальной стойкостью, а также отчасти и конъюнктурными соображениями.

Таблица 1.9.

Техническая характеристика порошков КНБ, выпускаемых фирмами США (тортовая марка «Боразон»)

*^] У характеризует изометричность частиц порошка Таблица 1.10.

Техническая характеристика шлифовальных порошков КНБ торговой марки «АМБОР», выпускаемых фирмой «Де Бирс».

Таблица 1.11.

Техническая характеристика разновидностей КНБ-материалов марок SBN и BBN, производимых японской фирмой «Сева Денко КК».

Порошки КНБ используются достаточно широко для производства абразивных инструментов на металлической, керамической и органической связках, применяемых для внутреннего, круглого наружного, плоского и профильного шлифования, а также для резьбошлифования, зубошлифования. Кроме того порошки КНБ используют и для специальных брусков, применяемых для хонингования и суперфиниширования, шлифовальной шкурки и паст, необходимых для доводки и полирования деталей в точном машиностроении и приборостроении, а также лезвийного режущего инструмента.

(резцы и фрезы). Подробно режущие инструменты на основе КНБ будут рассмотрены в разд. 7.