加工90%的钢铁，比金刚石还厉害的竟然是它？

 超硬磨料主要有人造金刚石和立方氮化硼两大类，人造金刚石和立方氮化硼均为高温高压下人工合成的磨料，具有高硬度、锋利性好、耐磨损等共同特性，然而在一些性质上二者仍有很大的差别，因而他们的使用范围也存在区别。以机械工程领域为例，立方氮化硼以90%的份额占据了钢铁加工的绝对优势。 为什么立方氮化硼更适合加工钢铁？ 1.化学惰性 金刚石是目前自然界中硬度最高的物质，作为磨料表现出优异的硬度、强度、导热、研磨等性能，在硬质材料的加工方面如硬质合金、陶瓷、玻璃、石材、建材、以及半导体材料等具有明显的优越性。但由于金刚石是碳的同素异形体，在较高的温度下易与钢铁的铁系元素产生化学反应，引起化学磨损，直接影响磨料、磨具的磨削性能和损耗，所以不适宜加工这类材料。 金刚石——铁界面反应机制（图源：Carbon Energy） 而立方氮化硼虽然硬度低于金刚石，但仍然要比普通磨料高得多，具有高强度、高导热系数和较低热的膨胀系数。且立方氮化硼化学性质比金刚石更稳定，其与铁系金属及合金的相容性差，不会发生化学反应，磨耗小，因而对于普通磨料难以加工且金刚石又不宜加工的硬而韧的金属材料来说，立方氮化硼不失为一种更合适的磨料。特别是对加工含有铁、钴、镍等铁系金属及合金，这些材料在高温下容易与金刚石发生化学反应，导致金刚石磨料或工具的迅速退化，而立方氮化硼则能够在这些条件下保持稳定，提供更长的使用寿命和更好的加工效果。 2.热稳定性 立方氮化硼具有很高的热稳定性，可承受1400~1500℃以上的磨削温度，这是金刚石的耐热性（700~800℃）的两倍左右。这种耐热性主要是由立方氮化硼的结构决定的。虽然立方氮化硼与金刚石具有相似的结构，但金刚石表面的碳原子键未饱和，在高温条件下，这些未饱和的表面碳原子易与氧原子结合生成碳的氧化物而逸出晶体，使晶体逐渐剥离而解体。而立方氮化硼晶体表面为氮、硼原子所覆盖，硼原子的电子层结构可提供三个成键电子，使晶体表面的硼原子的价键处于饱和状态，因而在金刚石氧化温度下仍处于相对热稳定状态，温度至1500℃以上才会发生从立方氮化硼至六方氮化硼的相变。 金刚石和立方氮化硼晶体结构（图源:氮硼科技） 由于这种优异的热稳定性，立方氮化硼得以在高温环境中保持其硬度和结构的稳定性，减轻对材料及工具的热损伤，故可用于高温环境中材料的加工。 立方氮化硼磨料的大量应用结果表明，立方氮化硼在金属加工中具有硬度高、耐磨性好、使用寿命长等优点，其金属去除率是金刚石的10倍，且有效地降低了加工成本，经济效益显著。