文：韩倩斐、张颂
立方氮化硼(CBN)因其硬度高、耐磨性好、热稳定性高，且在高温下不易与黑色金属发生化学反应，所以素有“工业牙齿”的称号。CBN材料的硬度和导热率仅低于金刚石，但是其耐热性和化学惰性都远高于金刚石，所以CBN制品尤其是PCBN刀具近年来以其优异的耐磨、抗崩刃、高温红硬性在机械加工行业应用广泛。
1、 新型CBN材料的发展方向
（1） 极硬纳米孪晶结构CBN材料
2013年，燕山大学田永君等人以洋葱结构的BN为前驱物成功地合成出一种极硬的纳米孪晶结构。在纳米晶的内部形成了相互平行的纳米孪晶亚结构，平均孪晶厚度仅有3.8nm。材料具有各向同性的特点，报道的最高硬度达到108GPa，超过了人工合成的金刚石单晶，断裂韧性也高达12.7MPa·m0.5，起始氧化温度更是接近于1300℃，这种新型材料的力学性能超越了聚晶金刚石PCD、纳米晶PCBN和人工合成的金刚石单晶，是工业上期待已久的刀具材料。
（2） 立方氮化硼薄膜的制备
化学气相沉积（CVD）法制备cBN膜材料，尽管在1979年报道了cBN膜,但直到1987年cBN薄膜才真正意义上被制备出来，研究发现一般会在基体和cBN膜之间存在其它BN结构的过渡层而影响其粘着力。随着科技的发展cBN膜的厚度已达到2~3μm，且与基体的粘着力不断增强。
杨大鹏等用射频磁控溅射法在c-BN晶体基底上生长c-BN薄膜，沉积厚度大约10μm，结晶度高。Boyen 等发现高能粒子的轰击也能释放 cBN的压应力，他们采用 cBN沉积和高能 Ar+轰击交替进行的方法，成功制备了1.3μm 厚的cBN薄膜。
（3） 立方氮化硼大单晶的合成
1987年，O.Mishima利用温度梯度法在高温高压下第一次合成出了毫米级的cBN单晶，这是目前世界上通过高温高压能够合成出的几乎最大的单晶。河南工业大学的郭增印以六方氮化硼(HBN)和Ca3N2分别作为原料和触媒，使用温度梯度-晶种法实现了CBN晶种的生长，并研究了不同工艺参数对合成CBN大单晶的影响。
（4） 无结合剂纯CBN聚晶刀具
2007年，Natalia等人在18GPa和 1870K条件下成功地合成出纳米晶BL-PCBN，BL-PCBN材料是由六方结构BN在高温高压下直接转化，报道的最小晶粒尺寸为14nm，维氏硬度(85Gpa)超过了商用金刚石聚晶 (PCD) 。
BL-PCBN合成条件苛刻，需要较高的温度和压力，国内压机的发展虽然迅速但是其稳定性限制了它的大规模实际应用，尤其在超精密切削刀具材料方面的应用。
2、制约CBN及其制品性能的主要因素
（1） 合成用原辅材的制约
国内用于合成PCBN的粉料纯度与国外粉料相差一个数量级，粒度集中度差，结合剂的晶粒细化和分散化及合金化都存在很大差距。
国内使用的叶腊石及其组件的性能与稳定性更是无法控制，厂家对叶腊石一般只检测其外观完整性及尺寸，好点的还检测密度，但这对稳定控制PCBN的质量还差很远。张战就有关大腔体专用传压介质所需用叶蜡石原矿石、叶蜡石复合块等方面做了大量的研究、实验、分析工作，创新性的提出了用作传压介质的叶蜡石复合块的回弹能力是缷压时密封力大小的内在决定因素，回弹能力不足是造成卸压放炮的主要原因。
（2） 组装结构的限制
组装结构直接决定了腔体内的温场和压力场，国内组装结构仍然考虑价格因素，比较简单，保温性和传压效果差，造成产品波动性大。据检测：国外著名PCBN刀具材料供应商捉供的直径50.8以上的产品性能均匀、稳定，其显微硬度的最大差值可控制在15%之内，而国产PCBN刀具材料只要直径大于20其性能均匀性就变得较差，有的产品的中心与边缘的磨耗比差（或硬度）甚至超过30%。
武艳强提出由于加热方向与非加热方向组装结构的不同，在六面顶压机高温高压合成过程中，轴向压力的传递对于提高产品性能有着重要的影响，因此，适当地增大加热方向叶蜡石块的尺寸，有助于提高轴向压力的传递，可有效地提高产品质量。
（3） 混料均匀性
混料不均匀也是影响PCBN产品质量稳定的主要因素之一。对混合原材料进行表面改性，分散性处理，预混和处理可以实现各种粉料的充分混合，防止结合剂在PCBN中的富集和偏析，得到的产品组织均匀性、稳定性和一致性好。
（4） 生产、加工及使用精度的限制
产品生产过程中组装体的精度、磨具的精度、磨加工尺寸精度及机床装配精度都最终影响PCBN产品的品质及其使用性能的发挥。相同的生产工艺流程，不同的操作人员也会带来偏差，为了实现生产工艺的精细控制，需要自主开发相关配套材料或者合作共赢。
4、结论
综上所述，目前国内立方氮化硼虽然取得了一定的成绩，但是距国外还是有一定的差距。还有很多的难题需要攻克，需要上下游共同进步，改善原料的品质和减少加工环境的复杂性。
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