立方氮化硼单晶：超硬材料的性能与应用

立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，简称cBN）是一种人工合成的超硬材料，其单晶硬度仅次于金刚石，显微硬度可达71.54GPa，但具有比金刚石更优异的热稳定性和化学惰性，成为现代工业中不可或缺的关键材料。

cBN单晶的晶体结构与金刚石类似，由硼原子和氮原子以共价键结合形成立方晶格，这种结构赋予其独特的物理特性。在高温环境下，cBN单晶表现出卓越的稳定性，可在1450℃以下正常使用，远超金刚石（720℃即发生氧化）。其导热系数为79.54W/m·K，虽低于金刚石，但仍显著高于硬质合金和高速钢，有利于切削过程中热量的快速传导。此外，cBN单晶具有极宽的禁带宽度，通过掺杂可制成p型或n型半导体，为高温电子器件领域提供了新可能。

合成cBN单晶主要采用静态高压触媒法，以六方氮化硼（hBN）为原料，在金属镁或氮硼化物（如Li₃N、Mg₃N₂）触媒作用下，于4-8GPa高压和1400-1800℃高温条件下转化生成。早期合成技术受限于晶粒尺寸（通常小于0.5mm），但通过优化触媒配比及温度梯度法，已能制备出毫米级大颗粒单晶。

cBN单晶的应用集中于两大领域：一是作为磨具材料，小颗粒单晶通过结合剂粘结成砂轮等制品，用于加工高硬度、高韧性材料（如淬硬钢、钛合金），其金属磨除率是金刚石的10倍，且寿命更长；二是作为刀具材料基础原料，通过烧结细粒cBN制成聚晶立方氮化硼（PCBN），克服单晶各向异性缺陷，实现高速切削淬硬钢、铸铁及难加工合金，支持干式切削和自动化加工。

中国是全球cBN单晶主要生产国，产量占全球70%以上，郑州等地形成产业集聚地。2022年国内cBN刀具市场规模达35.8亿元，预计全球市场将以7.7%年复合增长率扩张。随着技术突破，cBN单晶在半导体、光学及高温应用领域的潜力正逐步释放。

信阳市德隆超硬材料有限公司推出的DL-8500牌号CBN单晶，属黑色系立方氮化硼范畴，晶面较多，具有分明的棱角，可细分为A、B型，A型具有完整规则块状形貌，切削研磨效率高，有更高的强度；B型晶体呈不规则块状或片状形貌，锋利性高，自锐性好。