Kubisches Bornitrid (CBN) ist eine synthetische chemische Verbindung, die aus Bor- und Stickstoffatomen im Verhältnis XNUMX:XNUMX besteht. Im Gegensatz zu anderen Arten von Bornitrid existiert es als kubisches Kristallgitter, dessen Atome in einer symmetrischen, würfelförmigen Struktur angeordnet sind, wie die Kristallstruktur von Diamant. Zu den Materialeigenschaften zählen extreme Härte, Hitzebeständigkeit und hervorragende chemische Beständigkeit. Kubisches Bornitrid ist nach Diamant das zweithärteste bekannte Material und eignet sich daher für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen, wo es häufig als Schleif- oder Schneidwerkzeug verwendet wird.
Alle Bornitrid-Verbindungen werden synthetisch hergestellt, da sie in der Natur nicht vorkommen. Der Prozess beginnt mit Borsäure, einer Verbindung aus Bor, Sauerstoff und Wasserstoff, oder mit Bortrioxid, das aus Bor und Sauerstoff besteht. Jede dieser Verbindungen kann mit Harnstoff oder Ammoniak, die Stickstoff enthalten, umgesetzt werden, um ein Bornitridpulver herzustellen. Das Pulver wird durch intensive Hitze kristallisiert, um hexagonales Bornitrid zu bilden, das eine hexagonale Kristallstruktur analog der von Graphit, einer Vorstufe von synthetischem Diamant, aufweist. Hexagonales Bornitrid wird dann unter hohem Druck wärmebehandelt, um kubisches Bornitrid zu bilden.
CBN hat als industrielles Material mehrere Vorteile. Es ist fast so hart wie Diamant und eignet sich daher zum Schneiden und Abtragen von Metallen und anderen Substanzen. Auch die Hitzebeständigkeit von CBN ist recht hoch. Diamant beginnt sich an der Luft bei etwa 1,472 °F (etwa 800 °C) zu Kohlendioxid zu zersetzen, während kubisches Bornitrid an der Luft bis zu etwa 2,552 °F (etwa 1,400 °C) stabil ist. Bei industriellen Schleifanwendungen und anderen Prozessen, bei denen starke Hitze erzeugt wird, wird CBN gegenüber Diamant bevorzugt.
Ein weiterer Vorteil von CBN als Alternative zu Diamant ist seine chemische Stabilität in Gegenwart von Nickel, Eisen und verwandten Stoffen. Diamant ist in diesen Metallen löslich, dh er reagiert mit ihnen chemisch und löst sich auf. Dies macht es als Werkzeug zum Schneiden von Eisen oder Stahl unbrauchbar. CBN hingegen reagiert nicht und kann daher zum Schneiden dieser Materialien verwendet werden.
Die Vielfalt an CBN, die in industriellen Schneidwerkzeugen verwendet wird, ist als polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN) bekannt. PCBN wird durch Sintern von Partikeln aus kubischem Bornitrid mit Keramik hergestellt. Beim Sintern wird das Bornitrid in einem Ofen unter hoher Hitze und hohem Druck mit der Keramik verbunden und mit der extrem harten Substanz verschmolzen, die zum Schleifen und Schneiden verwendet wird.