PCBN刀具作為21世紀的主要換代刀具之一，在工業發達國家工具使用總量中所占比重越來越大。美國GE公司認為，在工業化國家，PCBN刀具材料將有6.2億美元的市場。我國機床工具行業的“十五”規劃重點是發展數控機床及其配套部件，2005年國內PCBN刀片需求量已達到66.2萬片（折合為30mm的片）。根據市場調查和科學預測，我國PCBN刀具消費總值到2010年可達到5.4億元。
PCBN刀片的研制

從1957年美國GE公司研制出立方氮化硼（CBN）單晶粉末、70年代研制成功PCBN刀具至今，經過30多年的發展，PCBN刀具已逐步趨于成熟。目前PCBN刀具多由PCBN刀片與刀桿或可轉位刀片焊接而成，近年來整體式PCBN刀片種類也越來也多。PCBN刀片是0.5mm左右的PCBN層直接燒結在硬質合金基體上形成的復合整體。這種材料既具有PCBN的高硬度、高熱穩定性和高的化學穩定性，同時又具有硬質合金強度好、可焊性好的優點，使PCBN刀具不僅可切削各種硬度的工件，而且也易于生產。PCBN刀片質量的好壞直接影響著刀具切削性能。

1PCBN刀片的燒結

PCBN刀片的制作方法主要有兩種：一種是一次聚合法，即直接用六方氮化硼（HBN）一次聚合成高密度的燒結體；另一種是二次聚合法，先合成高密度立方氮化硼（CBN），然后再以其為原料經高溫高壓燒結成聚晶立方氮化硼。目前較為普遍的是加入粘結劑的二次聚合法：

加入金屬粘結劑的CBN燒結

金屬粘結劑種類很多，主要有Ni、Co、Ti、Ti-Al等。在燒結溫度下，金屬粘結劑成為液相，液相的出現對CBN燒結有一定的促進作用，燒結可以在稍低的溫度和壓力下進行。另外，由于CBN不溶于金屬粘結劑，不會發生可以促進收縮和晶體長大的溶解析出過程。在燒結過程中硬質合金中的鈷呈液態滲入CBN晶界中，將硬質合金與CBN燒結體緊密粘結在一起。采用金屬粘結劑的PCBN刀具的硬度較純CBN燒結的刀具硬度低，但是韌性好。英國Elementsix公司的AMB90、美國GE公司的BZN6000以及日本三菱生產的MB710等牌號都是由金屬粘結劑燒結而成。

加入陶瓷粘結劑的CBN燒結

陶瓷粘結劑主要有TiN、TiC、Al2O3等。由于燒結過程中易產生裂紋，因此多在陶瓷粘結劑中加入鐵族元素（鐵、鈷、鎳）以及Mo或Mo2C等增加陶瓷離子間的強度，起到流體傳壓介質的作用，有利于形成內部無變形的燒結體，鉬等還可以改進陶瓷粒子和鐵元素之間的潤濕性。陶瓷粘結劑PCBN中粘結劑的含量一般較高，韌性較金屬粘結劑刀具差，但其抗高溫性能更好。這類產品有英國Elementsix公司的DBA80、DBC50，美國GE公司的BZN7000S、BZN8200，日本住友的NBX300、NBX3200等。

純CBN燒結

在CBN聚晶體中也可以不加粘結劑直接燒結而成聚晶立方氮化硼。CBN在燒結時發生再結晶和晶粒長大過程，燒結后的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，壽命長，但較脆且溫度條件苛刻，難以制成高韌性及大尺寸的刀片。

PCBN刀片質量的影響因素

PCBN刀片的質量受到多種因素的影響，其中燒結過程中各種工藝參數的改變，對PCBN刀片的質量影響最大。粘結劑/催化劑材料、基體材料等組成材料，以及顆粒表面清潔度、顆粒度等都決定了PCBN刀片的性能。

基體的選擇

由于碳化鎢硬質合金具有較高的硬度，較好的導熱性和韌性，因此多采用含有Co的碳化鎢硬質合金作為PCBN刀片基體。Co作為一種溶劑和粘結劑可以顯著提高CBN的燒結度，增強PCBN的強度[3]，但是碳化鎢硬質合金中Co的含量不能過高，否則將影響PCBN刀片的耐磨性，縮短刀具的使用壽命。

CBN晶粒的清潔度與顆粒度

CBN晶粒的表面清潔度將直接影響著PCBN的燒結質量，因此在燒結前都要對CBN晶粒進行嚴格地處理，以去掉晶粒表面的水分及氧化物等雜質。采用的方法主要是在真空或氫氣、氨氣等還原性氣體下加熱1~2個小時。否則過多的雜質會影響CBN-CBN顆粒間及CBN與粘結劑間的粘結，使得PCBN刀片強度減小，耐磨性能降低。

CBN顆粒的大小不但對PCBN刀具的切削表面質量有影響而且對PCBN燒結時粘結劑的燒結能力起到一定的作用。一般來說，CBN顆粒度越小，PCBN刀具切削表面質量越好，刀具抗沖擊能力和耐磨性越好，因此，在加工淬硬鋼并且要求高的表面質量（即實現PCBN刀具的“以車代磨”）時，所采用PCBN刀具中的CBN顆粒應取較小值。但另一方面，由于PCBN刀片的燒結是通過“毛細現象”即各種粘結劑元素滲透到CBN顆粒之間實現的，如果CBN顆粒太小，CBN顆粒間的間隙就會減小，從而使得粘結劑元素的滲透量減小。因此，燒結時CBN顆粒又應選得大一些。綜合考慮以上兩種因素，CBN燒結時應多選擇混合粒度，并根據所選粘結劑粘結能力的不同而確定不同的粒度范圍。

CBN晶粒含量

CBN含量對