氮硼科技|立方氮化硼（CBN）材料知识全解

氮化硼（BN）是由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮。氮原子和硼原子采取不同杂化方式相互作用，可形成四种不同结构的氮化硼晶体：六方氮化硼（hBN）、菱方氮化硼（rBN）、立方氮化硼（CBN）和纤锌矿氮化硼（wBN）。

本文氮硼科技主要围绕立方氮化硼（CBN）来进行讲解，与大家一起了解立方氮化硼材料的相关知识。

立方氮化硼的结构

立方氮化硼（CBN），是氮原子和硼原子采取sp3杂化后，形成类似金刚石结构的氮化硼，每个原子与四个异类原子以共价键相互连接，四个键长相等。

立方氮化硼具有类似金刚石的晶体结构，不仅晶格常数相近，而且晶体中的结合键亦基本相同，所不同的是金刚石中的结 合纯属碳原子之间的共价键，而立方氮化硼晶体中的结合键则是硼-氮原子之间的共价结合。

立方氮化硼的性质

物理性质：纯净的立方氮化硼是无色透明的，由于原料纯度、触媒及合成工艺的影响，可呈现黑色、褐色、琥珀色、橘黄色等。立方氮化硼的理论密度为3.48g/cm3，实际密度为3.39~3.44g/cm3。

机械性质：立方氮化硼的莫氏硬度为9.7，维氏硬度为68.6~88.2GPa，稍低于金刚石；抗压强度为7.2GPa，抗弯强度为294MPa。

化学性质：立方氮化硼的化学组成为43.6的B和56.4%的N，主要杂质有SiO2、B2O3、Al2O3、Fe、Mg、Ca等；立方氮化硼的热稳定性和对铁族元素及其合金的化学惰性明显优于金刚石。

立方氮化硼的硬度虽然比金刚石低，但由于其与含铁黑色金属的化学惰性和较好的热稳定性，使其金属去除率达到金刚石的10倍，很好的解决了淬火钢等硬而韧的难磨金属材料的加工问题。

立方氮化硼的合成

与金刚石类似，立方氮化硼的合成也有高压高温合成方法（静压催化剂合成方法）和常压高温合成方法。静压催化剂合成方法主要用于CBN单晶和聚晶的合成，常压高温方法主要用于CBN薄膜的合成。

静压催化剂法合成CBN的原材料主要是六方氮化硼和催化剂，合成设备与金刚石相同，主要是六面顶压机。应选择结晶程度低、晶粒度细小、杂质含量低的BN原料，以利于生长优质CBN。

立方氮化硼的应用

磨具材料：由于立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任耐磨材料的加工，提高生产率，有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效的提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性。

与金刚石相似，立方氮化硼磨料也可以分别用树脂结合剂、金属结合剂、陶瓷结合剂制成不同的磨具。目前，立方氮化硼磨具已广泛应用于汽车、轴承、机床、工具、工程陶瓷等许多领域的部件磨削加工中。

刀具材料：采用合适粒度的立方氮化硼微粉，通过结合相经高温高压烧结在一起制成聚晶立方氮化硼（PCBN）。立方氮化硼刀具对铁族金属及其合金的加工特别有效，既能胜任淬硬钢、高速钢、铸铁等材料的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工，是实现以车代磨的理想刀具。

其他应用：立方氮化硼还具有很宽的带隙（6.4eV），良好的可掺杂性，在高温电子器件领域有着广泛的应用前景。利用真空气相沉积的方法，根据CBN薄膜特殊的生长机制，采用独特的沉积工艺可制备出高品质CBN薄膜与涂层。