立方氮化硼单晶的应用

立方氮化硼单晶（CBN），作为一种人工合成的超硬材料，自然界中难寻其踪。其氮原子与硼原子以 sp3 杂化紧密相连，构建出类似金刚石中碳原子的致密结构，赋予它高密度和高硬度的特性，莫氏硬度达 9.7，仅次于金刚石，是当之无愧的超硬材料。

在磨削领域，CBN 单晶堪称 “磨界精英”。凭借高硬度，它能高效磨削黑色金属等难加工材料。与金属、树脂、电镀、陶瓷等结合剂搭配，制成的砂轮磨削性能卓越且自锐性良好。比如在高速钢滚刀齿形磨削中，CBN 砂轮可精准保持刀具形状，磨削效率比传统刚玉砂轮提升 30% 以上；在凸轮轴加工时，工作速度轻松突破 160m/s，大幅缩短加工周期。在钻头、铣刀、拉刀及汽车传动轴等部件的磨削中，也表现出色，磨削精度高且砂轮寿命长。

CBN 单晶还是刀具材料中的 “潜力股”。微米级粒度的 CBN 单晶微粉，经高温高压烧结与结合相融合，摇身一变成为聚晶立方氮化硼（PCBN），广泛应用于金属加工领域。PCBN 刀具硬度高、耐磨损，还具备高韧性、化学惰性和高温红硬性，在加工硬钢、工具钢、铸铁等高硬度耐磨材料时，能在高温下稳定切削。在汽车制造业中，PCBN 刀具可直接切削淬硬后的变速箱齿轮，加工表面粗糙度可达 Ra0.4μm 以下，刀具寿命是硬质合金刀具的 50 倍以上；模具行业中，用于加工硬度 HRC55 以上的冷作模具型腔，实现以车代磨工艺，加工效率提升 40%；轴承加工领域，对轴承套圈的硬面车削能保证尺寸精度达到 IT5 级，大幅减少后续磨削工序。

CBN 单晶在电子领域同样崭露头角。它是宽禁带半导体材料，禁带宽度达 6.4ev，本征吸收限约为 193nm，热导率和电阻率高，抗氧化和抗高能粒子辐射能力强，热稳定性和化学稳定性极佳，是制作真空紫外光电探测器的理想材料。尽管目前合成的 CBN 晶体尺寸较小、杂质和缺陷较多，但科研人员正积极探索，以其为基底研制高性能的 MSM 型真空紫外光电探测器，未来有望在国防、天文学、航空航天等领域大显身手 。