Kas ir kubiskais bora nitrīds?

Kubiskais bora nitrīds (CBN) ir sintētisks ķīmisks savienojums, kas sastāv no bora un slāpekļa atomiem proporcijā viens pret vienu. Atšķirībā no citiem bora nitrīda veidiem, tas pastāv kā kubisks kristāliskais režģis, un tā atomi ir sakārtoti simetriskā kuba formas struktūrā, piemēram, dimanta kristāliskajā struktūrā. Tā materiāla īpašības ietver ārkārtēju cietību, stabilitāti karstumā un izcilu ķīmisko izturību. Kubiskais bora nitrīds ir otrs cietākais zināmais materiāls pēc dimanta, padarot to noderīgu dažādos rūpnieciskos lietojumos, kur to bieži izmanto kā abrazīvu vai griezējinstrumentu.

Visi bora nitrīda savienojumi tiek ražoti sintētiski, jo dabā tie nav sastopami. Process sākas ar borskābi, bora, skābekļa un ūdeņraža savienojumu, vai ar bora trioksīdu, kas sastāv no bora un skābekļa. Jebkuru no šiem savienojumiem var reaģēt ar urīnvielu vai amonjaku, kas satur slāpekli, lai iegūtu bora nitrīda pulveri. Pulveris tiek kristalizēts intensīvā karstumā, veidojot sešstūrainu bora nitrīdu, kura sešstūra kristāla struktūra ir līdzīga grafīta, sintētiskā dimanta priekšteča, struktūrai. Pēc tam sešstūrainu bora nitrīdu termiski apstrādā augstā spiedienā, veidojot kubisko bora nitrīdu.

CBN kā rūpnieciskam materiālam ir vairākas priekšrocības. Tas ir gandrīz tikpat ciets kā dimants, tāpēc tas ir noderīgs metālu un citu vielu griešanai un beršanai. Arī CBN siltumizturība ir diezgan augsta. Dimants sāk sadalīties līdz oglekļa dioksīdam gaisā aptuveni 1,472 °F (apmēram 800 °C) temperatūrā, savukārt kubiskais bora nitrīds ir stabils gaisā līdz aptuveni 2,552 °F (apmēram 1,400 °C). Rūpnieciskos slīpēšanas lietojumos un citos procesos, kur tiek ģenerēts intensīvs siltums, priekšroka tiek dota CBN, nevis dimantam.

Vēl viena CBN priekšrocība kā alternatīva dimantam ir tā ķīmiskā stabilitāte niķeļa, dzelzs un radniecīgu vielu klātbūtnē. Dimants šķīst šajos metālos, kas nozīmē, ka tas ķīmiski reaģē ar tiem un izšķīst. Tas padara to nederīgu kā instrumentu dzelzs vai tērauda griešanai. No otras puses, CBN nereaģē, un tāpēc to var izmantot šo materiālu griešanai.

Rūpnieciskajos griezējinstrumentos izmantotā CBN dažādība ir pazīstama kā polikristālisks kubiskais bora nitrīds (PCBN). PCBN ražo, saķepinot kubiskās bora nitrīda daļiņas ar keramiku. Saķepināšanas laikā bora nitrīds tiek ievietots krāsnī augstā karstumā un spiedienā, kas to saista ar keramiku, saplūstot ārkārtīgi cietā vielā, ko izmanto slīpēšanai un griešanai.