超硬材料是指硬度達到莫氏硬度最高值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，應用于機械加工領域充當砂輪磨料時，具有磨損慢、磨削比高、磨削力小、發熱量少等優點，在高速及超高速加工、精密及超精密加工、高精度形面加工、智能及無人化加工等先進加工技術中都有著不可替代的地位。不過，從本質來看，金剛石是單質碳，CBN是化合物氮化硼，材料性質的差異，也使得它們在應用上有所區別。下面就一起看看該如何選擇吧！

       01可研磨工件硬度PK

       金剛(gang)(gang)石(shi)是碳(tan)的(de)單質，為典型的(de)原子晶體，在(zai)它的(de)晶體結(jie)構(gou)(gou)中(zhong)，每一(yi)個(ge)(ge)碳(tan)原子都以sp3雜化軌道形(xing)(xing)式與其他四個(ge)(ge)碳(tan)原子通(tong)過共價鍵相連，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)四面(mian)體結(jie)構(gou)(gou)，這(zhe)些四面(mian)體結(jie)構(gou)(gou)在(zai)三(san)維空間中(zhong)不(bu)斷延伸，又形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)一(yi)個(ge)(ge)非常堅固的(de)網(wang)絡結(jie)構(gou)(gou)。得(de)益于這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)(gou)的(de)特殊性(xing)，以及形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)碳(tan)碳(tan)雙(shuang)鍵的(de)短鍵長（1.54?）和高鍵能(neng)（347.5KJ/mol），要想打(da)破打(da)破金剛(gang)(gang)石(shi)的(de)晶體結(jie)構(gou)(gou)需要輸入極(ji)大的(de)能(neng)量(liang)，這(zhe)也就(jiu)使得(de)金剛(gang)(gang)石(shi)成(cheng)(cheng)(cheng)為了(le)自然(ran)界(jie)中(zhong)最硬(ying)(ying)的(de)物質（莫氏硬(ying)(ying)度(du)為10，顯微硬(ying)(ying)度(du)為10000kg/mm2）。

       六(liu)方(fang)氮(dan)化硼(peng)和觸(chu)媒(mei)在高(gao)溫高(gao)壓下合成的(de)，是世界上(shang)硬度第二(er)高(gao)的(de)物質(zhi)其結構與(yu)金剛(gang)(gang)石非常相似，都是基于立方(fang)晶系的(de)立方(fang)晶型。在c-BN的(de)晶體結構中，硼(peng)原(yuan)子和氮(dan)原(yuan)子交替排列，并通過BN共價鍵相連形成四面體結構。不(bu)過與(yu)金剛(gang)(gang)石相比，CBN的(de)鍵長較(jiao)長一些，為1. 57?，因(yin)此(ci)，CBN的(de)硬度稍低(di)于金剛(gang)(gang)石（莫氏硬度為9.7，顯微硬度為8000-9000）。

       就研磨的基本邏輯來說，要發揮好的研磨效果，磨料的硬度通常要高于工件硬度的3-4倍。對于鎢鋼等硬質合金來說，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，而且研磨抵抗也會提高，溫度上升，容易有震動，刮傷，面粗度不佳，出現明顯刀痕等狀況。而金剛石則約為其4倍左右，更適用于對HRC65以上的硬質合金等硬脆材料的研磨拋光。

       02耐熱性PK

       磨粒的(de)(de)熱穩(wen)定(ding)性決定(ding)了砂(sha)輪能以多(duo)大的(de)(de)速(su)度(du)進行研磨，砂(sha)輪轉速(su)越高，研磨溫(wen)度(du)就高，若(ruo)磨料的(de)(de)熱穩(wen)定(ding)性較差(cha)，則(ze)會造成砂(sha)輪的(de)(de)快速(su)磨耗。

       立方氮化硼(peng)雖(sui)然(ran)與(yu)金(jin)剛石(shi)具有相似(si)的結構，但金(jin)剛石(shi)屬(shu)于典(dian)型(xing)的熱衰減型(xing)磨(mo)料(liao)，其表面的碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)子鍵未(wei)飽和(he)，在高溫(720℃以(yi)(yi)上) 條件下(xia)，這些未(wei)飽和(he)的表面碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)子易與(yu)氧原(yuan)(yuan)子結合生成碳(tan)(tan)的氧化物(wu)而逸出晶體，使(shi)晶體逐漸剝離而解體，導致切(qie)削力遞減，一般使(shi)用溫度(du)需控制在800攝氏(shi)度(du)以(yi)(yi)下(xia)，因此較適合對材料(liao)進行中(zhong)速研磨(mo)。

       而(er)立方氮化硼晶(jing)體表面為氮、硼原(yuan)子所覆蓋，其(qi)中硼原(yuan)子的(de)(de)電子層結構(gou)為1S22S22P1，可提供三個成(cheng)鍵(jian)電子，使(shi)晶(jing)體表面的(de)(de)硼原(yuan)子的(de)(de)價鍵(jian)處(chu)(chu)于飽和狀(zhuang)態沒有(you)空懸(xuan)鍵(jian)，因而(er)其(qi)在較(jiao)高溫(wen)(wen)度(du)下(xia)仍能(neng)處(chu)(chu)于相對(dui)熱穩定狀(zhuang)態，可承受1200℃以上的(de)(de)切削溫(wen)(wen)度(du)，在高速及超(chao)高速研磨拋光(guang)中可發揮出磨料的(de)(de)自銳特性，保持鋒利(li)。

       03化學穩定性PK

       金(jin)剛石(shi)與鐵、鈷、鎳、鉻、釩等(deng)過渡(du)金(jin)屬具(ju)有很強的(de)(de)親和性，在高(gao)溫(wen)下鐵原(yuan)子極(ji)易與金(jin)剛石(shi)中的(de)(de)碳原(yuan)子作(zuo)用而使其轉化為石(shi)墨結構(gou)，不(bu)僅導致磨粒強度的(de)(de)下降，切削力遞(di)減，需要修整導致加(jia)工效(xiao)率(lv)差(cha)，而且還會產生粘(zhan)屑現象(xiang)，使得加(jia)工質量大大下降，因此金(jin)剛石(shi)無法用于研(yan)磨鐵系材質的(de)(de)合金(jin)材料。

       而立(li)方氮化硼CBN對于(yu)鐵、鋼(gang)和氧(yang)化環(huan)境具有(you)良好的化學(xue)(xue)情性(xing)，在1150℃以(yi)下都(dou)不(bu)(bu)與鐵系(xi)金屬反應(ying)，并(bing)且若(ruo)其在處于(yu)氧(yang)化環(huan)境中(zhong)(zhong)時(shi)還會形成氧(yang)化硼薄(bo)層(ceng)，進一步增(zeng)加(jia)其化學(xue)(xue)穩定性(xing)，特別(bie)適合加(jia)工各種(zhong)淬硬鋼(gang)、冷(leng)硬鋼(gang)等鐵系(xi)難加(jia)工材料。不(bu)(bu)過，需要注意(yi)的是，CBN遇堿性(xing)水溶液(ye)也會發生化學(xue)(xue)反應(ying)，CBN砂輪在300℃堿性(xing)溶液(ye)中(zhong)(zhong)會分解，在沸(fei)水中(zhong)(zhong)能(neng)微量分解，結果將使磨粒(li)晶形遭(zao)到破壞，所以(yi)磨削時(shi)若(ruo)采用CBN磨粒(li)，只能(neng)選用油性(xing)冷(leng)卻液(ye)，而不(bu)(bu)能(neng)用水基冷(leng)卻液(ye)。

       小結

       金(jin)(jin)剛石(shi)和立(li)方氮(dan)化(hua)硼作為超硬(ying)(ying)材(cai)(cai)料(liao)，在研(yan)磨(mo)拋光領域具(ju)有(you)極高(gao)(gao)的(de)不可替代性(xing)(xing)，而由于它們(men)在處理材(cai)(cai)料(liao)方面的(de)互補(bu)性(xing)(xing)，顯著擴展了幾(ji)乎所有(you)加(jia)工(gong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)磨(mo)料(liao)工(gong)具(ju)的(de)應用范圍，包括高(gao)(gao)硬(ying)(ying)度、高(gao)(gao)脆性(xing)(xing)和高(gao)(gao)韌(ren)性(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)。其(qi)中金(jin)(jin)剛石(shi)憑(ping)借其(qi)極高(gao)(gao)的(de)硬(ying)(ying)度優勢，在加(jia)工(gong)硬(ying)(ying)質合金(jin)(jin)、陶瓷、玻璃等硬(ying)(ying)脆材(cai)(cai)料(liao)方面具(ju)有(you)突出優勢，立(li)方氮(dan)化(hua)硼則由于良好的(de)熱(re)穩定(ding)性(xing)(xing)和化(hua)學穩定(ding)性(xing)(xing)，彌補(bu)了金(jin)(jin)剛石(shi)無法(fa)高(gao)(gao)速磨(mo)削以及無法(fa)加(jia)工(gong)鐵系(xi)材(cai)(cai)料(liao)的(de)缺點。