PCBN 인서트 제조 방법

PCBN 인서트 제조 방법

2025,11,24

PCBN( 다결정 입방정 질화 붕소) 인서트의 생산 공정은 재료 정제, 고온 고압 소결, 정밀 가공 및 성능 최적화의 정교한 통합입니다. 핵심 단계는 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

I. 원료 준비 및 정제
PCBN 인서트 의 핵심 소재는 바인더(금속 또는 세라믹)와 카바이드 기판이 보충된 CBN(입방정 질화붕소) 미세분말입니다.

재료 선택 : CBN 미세분말은 고순도(≥99.9%) 및 균일한 입자 크기(일반적으로 0.5~30μm, 마감용으로는 더 미세한 입자, 높은 내마모성 응용 분야에서는 더 거친 입자)에 대한 요구 사항을 충족해야 합니다. 바인더는 금속계 (Co, Ni, Ti 등)와 세라믹계(TiN, TiC, Al2O₃ 등)로 분류됩니다. 금속 바인더는 인성을 향상시키고, 세라믹 바인더는 고온 안정성을 향상시킵니다.

정제 처리 : 납석, 흑연, 금속 불순물, 흡착 산소/수분 등 CBN 미세분말 에 포함된 불순물은 다단계 화학 처리를 통해 제거해야 합니다.

납석과 육방정계 질화붕소(HBN)를 제거하기 위해 약 300°C에서 NaOH 로 처리합니다.

흑연을 제거하기 위해 과염소산과 함께 끓입니다.

HCl로 끓여서 금속 불순물을 제거한 후, 중성이 될 때까지 증류수로 헹구는다. 바인더(예: Co, Ni, Al)는 수소 환원을 거쳐 표면 산화물을 제거합니다.

II. 고온 고압 소결 공정

몰드 로딩 : 정제된 CBN 미세분말과 바인더를 비율(바인더 함량 일반적으로 10%~15%)로 혼합하여 흑연 몰드에 로딩합니다. 복합 블랭크의 경우 카바이드 기판(예: 코발트 함유 텅스텐 카바이드 합금)을 CBN 층 아래에 배치해야 합니다.

소결 조건 : 특수 프레스(6-앤빌 또는 2-앤빌)를 사용하여 5~8 GPa의 압력을 가하고 1200~1800°C로 가열하여 몇 분에서 몇 시간 동안 유지합니다. 이 과정에서 CBN 입자는 공유 결합을 형성하거나 바인더의 액상 확산을 통해 치밀화를 달성합니다.

금속 바인더(예: Co)를 첨가하면 소결 온도를 적당히 낮출 수 있고, 탄화물 기재의 Co가 CBN 결정립계에 침투하여 층간 결합을 강화할 수 있습니다.

순수 CBN 소결(무바인더)의 경우 치밀화는 CBN 입자의 재결정화 및 성장에 의존하므로 경도는 극도로 높지만 인성은 저하됩니다.

III. 정밀 가공 및 엣지 그라인딩

절단 및 브레이징 : 복합 블랭크는 먼저 인서트 프리폼으로 절단된 다음 공구 생크에 브레이징됩니다. 고체 소결 블록은 가장자리 연삭으로 직접 진행됩니다.

엣지 그라인딩 공정 :

거친 연삭 : 예비 성형을 위해 0.01mm/더블 스트로크의 이송 속도로 180~240 그릿 레진 결합 다이아몬드 연삭 휠을 사용합니다.

미세 연삭 : W10~W14 그릿 휠을 사용하며 이송 속도는 0.005mm/더블 스트로크로 표면 정밀도를 향상시킵니다. 래핑 : W5~W3 다이아몬드 연삭 휠 또는 래핑 페이스트를 사용하여 Ra 0.1~0.4μm의 절삭날 거칠기를 달성하여 "연삭 대신 하드 터닝"에 대한 정밀 요구 사항을 충족합니다.

IV. 코팅 기술(선택 사항)

코팅재료 : TiN, Al2O₃, AlTiN, CVD Diamond 등이 많이 사용되며 두께는 2~30μm입니다.

코팅 공정 :

전처리 : 인서트 표면의 오일 및 오염물질을 제거합니다.

증착 : PVD(물리적 기상 증착) 또는 CVD(화학적 기상 증착) 기술을 사용하여 인서트 표면에 균일한 코팅을 형성합니다.

후처리 : 열처리는 코팅과 기재 사이의 강력한 결합을 보장하는 동시에 표면 흑화를 방지합니다(온도 및 분위기 제어 필요). 코팅은 내마모성, 접착 방지 특성 및 공구 수명을 크게 향상시킵니다.

V. 테스트 및 품질 관리

성능 테스트 : 시뮬레이션된 작업 조건에서 경도(HV 2600~3600), 굽힘 강도, 열 전도성 및 절단 수명 테스트와 같은 물리적 특성을 포함합니다.

현미경검사 : 고출력 전자현미경(SEM, TEM)을 이용하여 CBN 입자의 결합상태를 관찰하고 미세균열이나 불순물을 확인한다. 절삭날에는 육안으로 볼 수 없는 미세한 결함이 없어야 합니다. 그렇지 않으면 치핑이 발생할 수 있습니다.

치수 정확도 : 기하 공차, 표면 거칠기, M 값(키 인서트 치수) 등을 검사하여 가공 요구 사항을 준수하는지 확인합니다.

위 공정의 정밀한 제어를 통해 PCBN 인서트는 높은 경도, 강력한 내마모성 및 우수한 열 안정성을 결합하여 HRC 45 이상의 경화 재료(예: 경화강, 냉각 주철 ) 가공에 핵심 도구가 됩니다. 모델 간 성능 차이는 본질적으로 원자재 비율, 소결 공정 및 코팅 기술의 맞춤형 설계로 인해 발생합니다.