立方氮化硼單晶的應(yīng)用

立方氮化硼單晶（CBN），作為一種人工合成的超硬材料，自然界中難尋其蹤。其氮原子與硼原子以 sp3 雜化緊密相連，構(gòu)建出類(lèi)似金剛石中碳原子的致密結(jié)構(gòu)，賦予它高密度和高硬度的特性，莫氏硬度達(dá) 9.7，僅次于金剛石，是當(dāng)之無(wú)愧的超硬材料。

在磨削領(lǐng)域，CBN 單晶堪稱(chēng) “磨界精英”。憑借高硬度，它能高效磨削黑色金屬等難加工材料。與金屬、樹(shù)脂、電鍍、陶瓷等結(jié)合劑搭配，制成的砂輪磨削性能卓越且自銳性良好。比如在高速鋼滾刀齒形磨削中，CBN 砂輪可精準(zhǔn)保持刀具形狀，磨削效率比傳統(tǒng)剛玉砂輪提升 30% 以上；在凸輪軸加工時(shí)，工作速度輕松突破 160m/s，大幅縮短加工周期。在鉆頭、銑刀、拉刀及汽車(chē)傳動(dòng)軸等部件的磨削中，也表現(xiàn)出色，磨削精度高且砂輪壽命長(zhǎng)。

CBN 單晶還是刀具材料中的 “潛力股”。微米級(jí)粒度的 CBN 單晶微粉，經(jīng)高溫高壓燒結(jié)與結(jié)合相融合，搖身一變成為聚晶立方氮化硼（PCBN），廣泛應(yīng)用于金屬加工領(lǐng)域。PCBN 刀具硬度高、耐磨損，還具備高韌性、化學(xué)惰性和高溫紅硬性，在加工硬鋼、工具鋼、鑄鐵等高硬度耐磨材料時(shí)，能在高溫下穩(wěn)定切削。在汽車(chē)制造業(yè)中，PCBN 刀具可直接切削淬硬后的變速箱齒輪，加工表面粗糙度可達(dá) Ra0.4μm 以下，刀具壽命是硬質(zhì)合金刀具的 50 倍以上；模具行業(yè)中，用于加工硬度 HRC55 以上的冷作模具型腔，實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨工藝，加工效率提升 40%；軸承加工領(lǐng)域，對(duì)軸承套圈的硬面車(chē)削能保證尺寸精度達(dá)到 IT5 級(jí)，大幅減少后續(xù)磨削工序。

CBN 單晶在電子領(lǐng)域同樣嶄露頭角。它是寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度達(dá) 6.4ev，本征吸收限約為 193nm，熱導(dǎo)率和電阻率高，抗氧化和抗高能粒子輻射能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性極佳，是制作真空紫外光電探測(cè)器的理想材料。盡管目前合成的 CBN 晶體尺寸較小、雜質(zhì)和缺陷較多，但科研人員正積極探索，以其為基底研制高性能的 MSM 型真空紫外光電探測(cè)器，未來(lái)有望在國(guó)防、天文學(xué)、航空航天等領(lǐng)域大顯身手 。