Открыть главное меню

Эльбор

Эльбо́р (Ленинград + бор), боразо́н (от бор + азот), кубони́т, кингсонгит[1][2], киборит — торговые марки сверхтвердых материалов на основе кубической β-модификации (сфалеритной) нитрида бора, или кубического нитрида бора (советская аббревиатура — КНБ, зарубежная — cBN). По твёрдости и другим свойствам приближается к алмазу (10 по шкале Мооса).

Химическая формула — BN, природного аналога не существует[3].

Содержание

Свойства материала ЭльборПравить

Материал Микротвердость, ×10² МПа Температурная устойчивость, °C
Алмаз 1000 650—700
Эльбор 800—900 1100—1300
Карбид кремния 300—320 1200—1300
Электрокорунд 180—220 1500—1700

Внешний видПравить

Цвет КНБ может быть от практически белого (бесцветного) до чёрного. Жёлтые, сильно преломляющие свет прозрачные кристаллы, с хорошей игрой света, естественная форма — октаэдрическая. Кристаллы подобного вида марки ЛКВ60 и В5 синтезируются, например, в системе Li-B-N. Для КНБ торговой марки эльбор ЛКВ40, ЛКВ50, синтезированных в системе Mg-B-N, характерным является чернокоричневый цвет из-за избытка бора в кристаллической решётке. Естественная форма совершенных кристаллов - тетраэдр. Октаэдры (псевдооктаэдры) получаются в результате двойникования тетраэдров.

ТвёрдостьПравить

По твёрдости почти не уступает алмазу. Его высокая твёрдость, в 3—4 раза превосходящая твёрдость традиционных абразивов, является важным преимуществом, так как значительно уменьшает износ зёрен эльбора при шлифовании и длительное время сохраняет их остроту.

Термическая и химическая стойкостьПравить

Другим важным свойством и преимуществом эльбора является температурная устойчивость: заметное окисление поверхности зёрен эльбора начинается с 1000—1200 °C, в отличие от 600—700 °C у алмаза. Такие температуры при шлифовании являются мгновенными и возникают только при очень жёстких режимах шлифования. Поэтому зёрна эльбора очень мало изнашиваются от термических нагрузок.

Важным свойством и преимуществом эльбора является его высокая химическая стойкость. Эльбор не реагирует с кислотами и щелочами, инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и сплавов. Особенно следует отметить инертность эльбора к железу, являющемуся основой всех сталей, тогда как алмаз хорошо растворяется в железе, что является причиной интенсивного износа алмазных кругов при шлифовании сталей.

ПолучениеПравить

Гексагональный нитрид бора (графитоподобная модификация) получается нагреванием равных количеств бора и азота при температуре 1700—1800 °C и давлении 8—12 ГПа. КНБ получают из него нагреванием при высоких давлениях и температурах в присутствии различных растворителей-катализаторов.

ПрименениеПравить

Применяется в промышленности в шлифовальном инструменте при обработке различных сталей и сплавов. Эльбор как абразивный материал обладает следующими преимуществами при шлифовании:

  • длительно сохраняет остроту зёрен (высокая износостойкость), что обуславливает высокую режущую способность и стойкость кругов;
  • выдерживает высокие термические нагрузки, что позволяет интенсифицировать режимы шлифования;
  • позволяет шлифовать сложнолегированные стали и сплавы без адгезионного и диффузного износа зёрен эльбора;
  • круги на основе эльбора применяют при шлифовании деталей из различных сталей: подшипниковых, штамповых, инструментальных, сложнолегированных, азотированных и цементированных. Особенно эффективны эльборовые круги при шлифовании быстрорежущих сталей, содержащих вольфрам, ванадий, молибден, кобальт в виде соединений высокой твердости, в ряде случаев превосходящей твердость традиционного абразивного материала — электрокорунда.

Использование шлифовальных кругов из эльбора по сравнению с прочими абразивными, в том числе алмазными, способствует значительному повышению производительности, точности и качества обработанных поверхностей деталей на разных операциях шлифования.

ИсторияПравить

Кубический нитрид бора был впервые получен в 1957 году Робертом Венторфом (Robert H. Wentorf Jr.) для компании General Electric. В 1969 году компания зарегистрировала торговую марку «Боразон» для кристалла.

В СССР кубический нитрид бора был впервые синтезирован в Институте физики высоких давлений Академии наук под руководством академика Л. Ф. Верещагина. С 1965 года эльбор синтезировался в промышленных масштабах по технологии Абразивного завода «Ильич» (Санкт-Петербург).

Упоминание в художественной литературеПравить

Кубический нитрид бора под названием «Боразон» упоминается в романе Ивана Ефремова «Туманность Андромеды». В романе неоднократно говорится, что на звездолёте «Тантра» используются боразоновые цилиндры, боразоно-циркониевый лак. Интересен тот факт, что первое издание романа с упоминанием материала и сообщение о синтезе этого материала были опубликованы в одном и том же 1957 году.[значимость факта?]

Упоминание в кинофильмахПравить

Боразон в качестве материала «намного прочнее алмаза» упоминается в обеих версиях фильма «Куотермасс и колодец». Боразоновое сверло было использовано с целью пробить внутреннюю часть марсианского космического корабля, где впоследствии были обнаружены трупы марсиан.

ПримечанияПравить

  1. Новый минерал: Кубонит из недр Земли. Популярная механика (3 августа 2013). — «Международная минералогическая ассоциация (IMA) на прошедшей неделе официально подтвердила открытие, сделанное международной группой ученых еще в 2009 году: существует природная кубическая модификация нитрида бора, получившая название «кингсонгит» (qingsongite).». Дата обращения 4 августа 2013. Архивировано 13 августа 2013 года.
  2. Iqbal Pittalwala. International Research Team Discovers New Mineral (англ.). University of California (2 August 2013). Дата обращения 4 августа 2013. Архивировано 13 августа 2013 года.
  3. 2.2 Кубический нитрид бора // Инструменты из сверхтвёрдых материалов / Н. В. Новиков, С. А. Клименко. — 2-е. — М.: «Машиностроение», 2014. — С. 46. — 608 с. — ISBN 978-5-94275-703-8.

ЛитератураПравить

  • Кремень З. И., Юрьев В. Г., Бабошкин А. Ф. Технология шлифования в машиностроении.
  • Эльбор в машиностроении. Под ред. В. С. Лисанова. — Л.: «Машиностроение», 1978.
  • Дигонский С.В. Газофазные процессы синтеза и спекания тугоплавких веществ. – Москва, ГЕОС, 2013 г, 462 с.
  • Дигонский С.В. Некоторые сведения из истории синтеза кубического нитрида бора для лезвийного режущего инструмента (Часть 1). – Альтернативная энергетика и экология, 2014, № 9, с. 49–57.