超硬材料是指硬度達(dá)到莫氏硬度最高值10或接近10的材料，主要包括金剛石和立方氮化硼兩種。由于它們硬度極高，應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域充當(dāng)砂輪磨料時(shí)，具有磨損慢、磨削比高、磨削力小、發(fā)熱量少等優(yōu)點(diǎn)，在高速及超高速加工、精密及超精密加工、高精度形面加工、智能及無(wú)人化加工等先進(jìn)加工技術(shù)中都有著不可替代的地位。不過(guò)，從本質(zhì)來(lái)看，金剛石是單質(zhì)碳，CBN是化合物氮化硼，材料性質(zhì)的差異，也使得它們?cè)趹?yīng)用上有所區(qū)別。下面就一起看看該如何選擇吧！

       01可研磨工件硬度PK

       金剛石是碳的單質(zhì)，為典型的原子晶體，在它的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道形式與其他四個(gè)碳原子通過(guò)共價(jià)鍵相連，形成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，這些四面體結(jié)構(gòu)在三維空間中不斷延伸，又形成了一個(gè)非常堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。得益于這種結(jié)構(gòu)的特殊性，以及形成的碳碳雙鍵的短鍵長(zhǎng)（1.54?）和高鍵能（347.5KJ/mol），要想打破打破金剛石的晶體結(jié)構(gòu)需要輸入極大的能量，這也就使得金剛石成為了自然界中最硬的物質(zhì)（莫氏硬度為10，顯微硬度為10000kg/mm2）。

       六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的，是世界上硬度第二高的物質(zhì)其結(jié)構(gòu)與金剛石非常相似，都是基于立方晶系的立方晶型。在c-BN的晶體結(jié)構(gòu)中，硼原子和氮原子交替排列，并通過(guò)BN共價(jià)鍵相連形成四面體結(jié)構(gòu)。不過(guò)與金剛石相比，CBN的鍵長(zhǎng)較長(zhǎng)一些，為1. 57?，因此，CBN的硬度稍低于金剛石（莫氏硬度為9.7，顯微硬度為8000-9000）。

       就研磨的基本邏輯來(lái)說(shuō)，要發(fā)揮好的研磨效果，磨料的硬度通常要高于工件硬度的3-4倍。對(duì)于鎢鋼等硬質(zhì)合金來(lái)說(shuō)，CBN磨料的硬度大約只有鎢鋼的2倍多，用其研磨顯然有些吃力，容易造成磨料容易鈍化，而且研磨抵抗也會(huì)提高，溫度上升，容易有震動(dòng)，刮傷，面粗度不佳，出現(xiàn)明顯刀痕等狀況。而金剛石則約為其4倍左右，更適用于對(duì)HRC65以上的硬質(zhì)合金等硬脆材料的研磨拋光。

       02耐熱性PK

       磨粒的熱穩(wěn)定性決定了砂輪能以多大的速度進(jìn)行研磨，砂輪轉(zhuǎn)速越高，研磨溫度就高，若磨料的熱穩(wěn)定性較差，則會(huì)造成砂輪的快速磨耗。

       立方氮化硼雖然與金剛石具有相似的結(jié)構(gòu)，但金剛石屬于典型的熱衰減型磨料，其表面的碳原子鍵未飽和，在高溫(720℃以上) 條件下，這些未飽和的表面碳原子易與氧原子結(jié)合生成碳的氧化物而逸出晶體，使晶體逐漸剝離而解體，導(dǎo)致切削力遞減，一般使用溫度需控制在800攝氏度以下，因此較適合對(duì)材料進(jìn)行中速研磨。

       而立方氮化硼晶體表面為氮、硼原子所覆蓋，其中硼原子的電子層結(jié)構(gòu)為1S22S22P1，可提供三個(gè)成鍵電子，使晶體表面的硼原子的價(jià)鍵處于飽和狀態(tài)沒(méi)有空懸鍵，因而其在較高溫度下仍能處于相對(duì)熱穩(wěn)定狀態(tài)，可承受1200℃以上的切削溫度，在高速及超高速研磨拋光中可發(fā)揮出磨料的自銳特性，保持鋒利。

       03化學(xué)穩(wěn)定性PK

       金剛石與鐵、鈷、鎳、鉻、釩等過(guò)渡金屬具有很強(qiáng)的親和性，在高溫下鐵原子極易與金剛石中的碳原子作用而使其轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，不僅導(dǎo)致磨粒強(qiáng)度的下降，切削力遞減，需要修整導(dǎo)致加工效率差，而且還會(huì)產(chǎn)生粘屑現(xiàn)象，使得加工質(zhì)量大大下降，因此金剛石無(wú)法用于研磨鐵系材質(zhì)的合金材料。

       而立方氮化硼CBN對(duì)于鐵、鋼和氧化環(huán)境具有良好的化學(xué)情性，在1150℃以下都不與鐵系金屬反應(yīng)，并且若其在處于氧化環(huán)境中時(shí)還會(huì)形成氧化硼薄層，進(jìn)一步增加其化學(xué)穩(wěn)定性，特別適合加工各種淬硬鋼、冷硬鋼等鐵系難加工材料。不過(guò)，需要注意的是，CBN遇堿性水溶液也會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，CBN砂輪在300℃堿性溶液中會(huì)分解，在沸水中能微量分解，結(jié)果將使磨粒晶形遭到破壞，所以磨削時(shí)若采用CBN磨粒，只能選用油性冷卻液，而不能用水基冷卻液。

       小結(jié)

       金剛石和立方氮化硼作為超硬材料，在研磨拋光領(lǐng)域具有極高的不可替代性，而由于它們?cè)谔幚聿牧戏矫娴幕パa(bǔ)性，顯著擴(kuò)展了幾乎所有加工材料的磨料工具的應(yīng)用范圍，包括高硬度、高脆性和高韌性材料。其中金剛石憑借其極高的硬度優(yōu)勢(shì)，在加工硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等硬脆材料方面具有突出優(yōu)勢(shì)，立方氮化硼則由于良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，彌補(bǔ)了金剛石無(wú)法高速磨削以及無(wú)法加工鐵系材料的缺點(diǎn)。