立方氮化硼
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立方氮化硼CBN
(Cubic Boron Nitride)
主要内容
• 氮化硼和立方氮化硼 • 立方氮化硼介绍 • 立方氮化硼制备 • 立方氮化硼(cBN)主要性能 • 氮化硼材料的应用 • 氮化硼材料的发展方向 • 立方氮化硼(cBN)薄膜制备方法 • 立方氮化硼(cBN)薄膜制备问题分析
氮化硼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，具有四种不同的 变体：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)。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
立方氮化硼的制作 1.在高温、高压下处理六方氮化硼而成，就如人造钻石从石墨 制成相似。从六方氮化硼直接转为立方氮化硼的过程需要在18 百万帕的压力和介乎1730与3230 ℃的温度下发生；额外加入小 量的氧化硼可以把所需的压力降到4至7百万帕和温度降到1500 °C。 2.在工业里，人们会使用催化法转化氮化硼，而不同的催化剂 物质会用在不同的生产方法上，例如锂、铂或镁、他们的氮化物， 他们的氟氮化物、水再加上氨化合物或肼。其他工业合成法会使 用温差下结起的晶体或者爆炸产生的冲击波。冲击波的应用是用 来制作出一种称为异钻石的超硬的硼、碳和氮的化合物。 3.低压下立方氮化硼薄膜的沉积是可行的技术。在化学气相沉 积中，可使用三氟化硼来选择性蚀刻沉积的六方氮化硼（类似在 沉积钻石薄膜时，使用氢原子来蚀刻石墨）。其他物理气相沉积 方法，如离子束沉积、等离子改善化学气相沉积、脉冲雷射沉积、 反应性喷溅法等亦有所使用
2.2 化学气相沉积法 2.2.1 热化学气相沉积法 (HCVD) • HCVD 装置一般由耐热石英管和加热装置组成，反应气体一般 采用BCl3 或B2H6 和NH3 的混合气体。J.M.Albella 等[9] 曾用此法制备cBN 膜, 膜中只获得少量cBN 晶体。其典型沉积 温度为600～1000 ℃，沉积速率为12.5～60 nm/min。但 热化学气相沉积法制备cBN 时存在氯腐蚀、排出氨气、生成氯 的副产品等问题。 2.2.2 低压化学气相沉积法(LPCVD) • LPCVD 要求气体在低压下发生化学反应，一般用B3N3H6 作 为反应气体，He 作为载气，典型的沉积速率为2.5 nm/min。 S.S.Dana 等[10]曾用LPCVD制备成高质量的cBN 膜。与常 压CVD 方法比较，其生产成本是原来的1/5，且大大改善了均 匀性。但得到的薄膜厚度很薄，且与基体的结合力不够。 2.2.3 等离子体增强化学气相沉积法（PECVD） RF-PECVD 是PECVD中制备cBN的最典型的方法。它利用射频 电源使原料气体成为等离子体，促进cBN 晶体的形成。廖克俊 等[11]利用直流等离子体技术实现了cBN 膜的高速率生长，在 Si、Mo 等衬底上薄膜沉积速率高达10 μm/h；且膜层cBN 含量较高，与基体之间结合力较好。
方法二 无水硼砂与三聚氰胺作为硼源及氮源反应
Na2 B4O7 C3 N 3 ( NH 2 )3 BN Na2O CO2 H 2O 该方法经高温精制工序会生成 3 ~ 5m 较大结晶.
方法三 使用硼酸和三聚氰胺分别作为硼源和氮源
H 3 BO3 C3 N 3 ( NH 2 )3 BN CO2 NH3 H 2O
低温产品经高温精制后可得10~20 的六方氮化硼产品
m
级的,高结晶度
立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结 构类似金刚石(底面投影法标注原子位臵),硬 度略低于金刚石，常用作磨料和刀具材料。 1957年,美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮 化硼。但至今尚未发现天然的立方氮化硼。
立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的， 是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。 它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透 红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于人 造金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有 较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异， 不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提 高工件的磨削质量。立方氮化硼的使用是对金属加工的一 大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次 飞跃。
立方氮化硼薄膜的制备技术
目前制备 cBN 膜的方法有两大类: 高温高压法（HTHP） 和气相沉积法。高温高压法的设备复杂、成本高，其工业应用受 到一定限制；气相沉积法作为一种表面改性和强化技术得到了越 来越多的应用。 气相沉积法又分为两类：物理气相沉积 (PVD)法和化学气 相沉积 (CVD) 法。 1. 物理气相沉积法 1.1 真空蒸镀(VE) 真空蒸镀就是指将待镀料和被镀基板置于真空室内，用一定方法 加热待镀材料，使之蒸发或升华,并飞行到被镀基板表面凝聚成膜 的工艺。如活性反应蒸镀法是利用空心阴极放电或偏转电子枪蒸 发固体硼靶。其沉积速率一般为0.01～0.05 μm/min,但这种 镀膜方法蒸发出来的粒子一般都是中性，仅有很少的荷电粒子。 且蒸发出来的粒子能量很低，因而制得的cBN 膜对基板的附着 力比较低。
目前，ｃＢＮ单晶的合成主要是由静态高压触媒法合成，通 常以六方氮化硼（ｈＢＮ）和不同的触媒为原料，在高温 （１４００～１８００℃）和高压（４～８ＧＰａ）下合成 ｃＢＮ单晶粉，颜色多为黑色或琥珀色．国内最早合成 的ｃＢＮ采用金属镁作为触媒，后来主要采用金属氮硼化 物．用氮硼化物合成的ｃＢＮ颜色浅，多为淡黄色、琥珀色 或无色透明晶体，晶形完整、晶面光滑、单颗粒抗压强度较 高．为使合成条件降低，可采用化学反应直接成核生长ｃＢ Ｎ，可以实现在较低的温度和压力下合成ｃＢＮ。最近几年 发展起来的激光诱导等离子体法，主要用于研究亚稳相纳米 晶ｃＢＮ。为满足对粗粒度ｃＢＮ的高增长需求，有人研究 了高品级粗颗粒立方氮化硼的合成技术，通过对原材料、触 媒及合成工艺诸方面的系统分析，采用４０ｍｍ 腔体进行 粗粒度ｃＢＮ合成，３０～６０粒度完整晶形单晶所占比例 接近７０％
1.3 离子镀 (IP) • 离子镀在原理上是蒸发工艺与溅射技术的结 合，比蒸发镀膜在结合力方面有很大的改善。离 子镀制备cBN 膜时，其残余应力随膜中立方相量 的增加而增加，致使结合强度的提高受到限制 K.L.Barth 等用空心阴极放电离子镀装置获cBN 最大含量达95%的薄膜，厚度达580nm 没有剥落，但其内应力较高，达10 GPa。
立方氮化硼多晶烧结体的主要制法有：①用立方氮 化硼微粉和少量结合剂(如钴、铝、钛和氮化钛等)， 在压力4000～8000兆帕、温度为1300～1900℃下烧 结而成；②以立方氮化硼微粉和结合剂为一层，以 硬质合金（片或粉）为一层，在上述压力、温度下 把两者烧结在一起，制得带硬质合金衬底的多晶烧 结体，这种烧结体具有高的强度，同时保持立方氮 化硼的原有理化性能，可制成直径达16毫米的圆片， 切割加工成适当形状后，作为车刀和镗刀的刀头， 适于切削淬火钢、铸铁和镍基合金等。
立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方 氮化硼和触媒在压力为3000～8000兆帕、温度为800～ 1900℃ 范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土金 属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的晶形有四 面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。工业生产的立方氮 化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在1毫 米以下。它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化 学惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料，如 高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬 铸铁等。用立方氮化硼磨具磨削钢材时，大多可获得高的 磨削比和加工表面质量。
六方氮化硼的制备
方法一 目前国内主要的生产方法是无水硼砂与氯化铵或尿素等 混合后, 1000℃下在管式炉中于氨气保护下反应,然后水 洗,酸洗 Na2 B4O7 NH 4Cl NH 3 BN Na2O H 2 O
Na2 B4O7 ( NH 2 ) 2 CO BN Na2O H 2O CO2 含氮化合物过量, 产物粒度在1m以下
• 1.2 溅射镀膜 (1) 直流二极、三极和四极溅射 • 此种溅射方法的优点是装置简单，工艺控制较容易。缺点是沉膜 效率低，基体温度易升高，气体分子进入薄膜中量大。M.Ben el Mekki 等[3]曾对用离子束辅助沉积法和三极溅射法所制的 膜进行性能比较，发现三极溅射制得的膜与基体结合力低且表面 较粗糙。 (2) 射频溅射(RFS) • RFS 是将一部分射频功率加在靶上，从中溅射出B 原子和N+ 离子。另一部分功率加在基体上，产生射频自直流负偏压，改变 射频功率的分配系数，负偏压可从0～－100 V 变化。调节离 子能量，可制备SP3 含量高的cBN 膜，沉积温度一般为300 ℃，沉积速率为4.0 nm/min。S.Logothetidis 等[4]在硅 上分别用射频溅射和离子束溅射法制备cBN 膜，其中用射频溅 射法制得的薄膜厚度为600 nm，具有更高的立方相含量和硬 度。 (3) 磁控溅射(MS) • 磁控溅射的原理如图 (pvd) (4) 离子束溅射(IBS)
立方氮化硼薄膜制备中存在的主要问题 (1)薄膜厚度和纯度 由于膜与基体的结合力弱，延长沉积时间往往导致薄膜在沉积 过程脱落，从而限制了立方氮化硼的沉积厚度，一般不超过 400 nm；同时用不同方法获得的立方氮化硼膜，总含有一些 非立方相(如hBN、t-BN 或á-BN 等)，纯度一般不超过 90% 。 (2)结晶性 • 由于离子的轰击，用气相沉积所获得的立方氮化硼的晶粒很小 (5～20nm) ，限制了立方氮化硼膜在半导体上的应用。 (3)在非硅基体上沉积立方氮化硼困难 • 目前立方氮化硼薄膜合成的报导基本上都是以单晶硅为基体，而 在非硅基体上沉积立方氮化硼膜非常困难，且膜与基体的结合力 更差。在非硅基体上成功沉积立方氮化硼薄膜是实现其在实际上 应用的前提。 (4)薄膜与基体的结合力问题 • 根据残余应力理论，cBN 膜只能在大密度离子轰击下才能形成， 这就不可避免地要在膜内产生极大的残余应力。影响了薄膜与基 体的结合强度。此 • 外，cBN 膜的晶格常数与各种衬底相差较大，也是引起剥落的 重要原因。
ｃＢＮ 的主要性能
具有高的硬度和热稳定性，显微硬度仅次于金刚石；其热 稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性 能和硬度，具有很好的红硬性；结构稳定，具有高的抗氧化 能力，化学稳定性好，与金刚石相比尤其好，在高达１１０ ０~１３００℃的温度下也不与铁族元素起化学反应，因此特 别适合于加工黑色金属材料；导热系数比金刚石小，但比硬 质合金高，具有良好的导热性；抗弯强度高；作为磨具材料， 使用寿命长、耐磨性好．但是，单晶立方氮化硼晶粒尺小， 各向异性，存在容易劈裂的解理面，脆性大，极容易发生解 理破损
目前国内CBN材料生产厂家很多，产量也不少，但高质量 的不多，CBN刀(磨)具的稳定用户更少。究其原因主要是机械 加工部门对价格昂贵的CBN刀(磨)具缺乏选择与使用的知识， 采购来的CBN工具实效不多，在其经济紧缩的条件下，不敢轻 易投资进行工艺试验。
立方氮化硼的制备
ｃＢＮ是２０世纪５０年代最先由美国通用电气 （ＧＥ）公司人工合成得到，７０年代初制成聚晶Ｐｃ ＢＮ 刀具．我国２０世纪７０年代首次合成出ｃＢＮ 后，经历了２０多年的徘徊发展，到２０世纪９０年代， ｃＢＮ的生产及应用进入快速发展时期，特别是近几年 发展更为迅速．我国生产的ｃＢＮ单晶除满足快速发展 的国内市场外，还大量出口国外．聚晶立方氮化硼是由 cＢＮ单晶添加黏结剂或不加任何黏结剂，经高温高压 烧结制得的．基于聚晶立方氮化硼材料和刀具在现代制 造业中的重要作用，于２０１０年设立的“高档数控机 床与基础制造装备”国家科技重大专项中明确提出：要 研究超硬材料刀具系列产品结构设计和制造技术；进行 高精度成形刀具研发；建立切削试验装臵，针对用户材 料及加工工艺需求，开展切削试验，建立切削数据库等， 最终研制开发出适用于加工航空航天钛合金、高温合金 材料的高效切削用超硬材料刀具系列产品
(Cubic Boron Nitride)
主要内容
• 氮化硼和立方氮化硼 • 立方氮化硼介绍 • 立方氮化硼制备 • 立方氮化硼(cBN)主要性能 • 氮化硼材料的应用 • 氮化硼材料的发展方向 • 立方氮化硼(cBN)薄膜制备方法 • 立方氮化硼(cBN)薄膜制备问题分析
氮化硼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，具有四种不同的 变体：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)。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
立方氮化硼的制作 1.在高温、高压下处理六方氮化硼而成，就如人造钻石从石墨 制成相似。从六方氮化硼直接转为立方氮化硼的过程需要在18 百万帕的压力和介乎1730与3230 ℃的温度下发生；额外加入小 量的氧化硼可以把所需的压力降到4至7百万帕和温度降到1500 °C。 2.在工业里，人们会使用催化法转化氮化硼，而不同的催化剂 物质会用在不同的生产方法上，例如锂、铂或镁、他们的氮化物， 他们的氟氮化物、水再加上氨化合物或肼。其他工业合成法会使 用温差下结起的晶体或者爆炸产生的冲击波。冲击波的应用是用 来制作出一种称为异钻石的超硬的硼、碳和氮的化合物。 3.低压下立方氮化硼薄膜的沉积是可行的技术。在化学气相沉 积中，可使用三氟化硼来选择性蚀刻沉积的六方氮化硼（类似在 沉积钻石薄膜时，使用氢原子来蚀刻石墨）。其他物理气相沉积 方法，如离子束沉积、等离子改善化学气相沉积、脉冲雷射沉积、 反应性喷溅法等亦有所使用
2.2 化学气相沉积法 2.2.1 热化学气相沉积法 (HCVD) • HCVD 装置一般由耐热石英管和加热装置组成，反应气体一般 采用BCl3 或B2H6 和NH3 的混合气体。J.M.Albella 等[9] 曾用此法制备cBN 膜, 膜中只获得少量cBN 晶体。其典型沉积 温度为600～1000 ℃，沉积速率为12.5～60 nm/min。但 热化学气相沉积法制备cBN 时存在氯腐蚀、排出氨气、生成氯 的副产品等问题。 2.2.2 低压化学气相沉积法(LPCVD) • LPCVD 要求气体在低压下发生化学反应，一般用B3N3H6 作 为反应气体，He 作为载气，典型的沉积速率为2.5 nm/min。 S.S.Dana 等[10]曾用LPCVD制备成高质量的cBN 膜。与常 压CVD 方法比较，其生产成本是原来的1/5，且大大改善了均 匀性。但得到的薄膜厚度很薄，且与基体的结合力不够。 2.2.3 等离子体增强化学气相沉积法（PECVD） RF-PECVD 是PECVD中制备cBN的最典型的方法。它利用射频 电源使原料气体成为等离子体，促进cBN 晶体的形成。廖克俊 等[11]利用直流等离子体技术实现了cBN 膜的高速率生长，在 Si、Mo 等衬底上薄膜沉积速率高达10 μm/h；且膜层cBN 含量较高，与基体之间结合力较好。
方法二 无水硼砂与三聚氰胺作为硼源及氮源反应
Na2 B4O7 C3 N 3 ( NH 2 )3 BN Na2O CO2 H 2O 该方法经高温精制工序会生成 3 ~ 5m 较大结晶.
方法三 使用硼酸和三聚氰胺分别作为硼源和氮源
H 3 BO3 C3 N 3 ( NH 2 )3 BN CO2 NH3 H 2O
低温产品经高温精制后可得10~20 的六方氮化硼产品
m
级的,高结晶度
立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结 构类似金刚石(底面投影法标注原子位臵),硬 度略低于金刚石，常用作磨料和刀具材料。 1957年,美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮 化硼。但至今尚未发现天然的立方氮化硼。
立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的， 是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。 它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透 红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于人 造金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有 较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异， 不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提 高工件的磨削质量。立方氮化硼的使用是对金属加工的一 大贡献，导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次 飞跃。
立方氮化硼薄膜的制备技术
目前制备 cBN 膜的方法有两大类: 高温高压法（HTHP） 和气相沉积法。高温高压法的设备复杂、成本高，其工业应用受 到一定限制；气相沉积法作为一种表面改性和强化技术得到了越 来越多的应用。 气相沉积法又分为两类：物理气相沉积 (PVD)法和化学气 相沉积 (CVD) 法。 1. 物理气相沉积法 1.1 真空蒸镀(VE) 真空蒸镀就是指将待镀料和被镀基板置于真空室内，用一定方法 加热待镀材料，使之蒸发或升华,并飞行到被镀基板表面凝聚成膜 的工艺。如活性反应蒸镀法是利用空心阴极放电或偏转电子枪蒸 发固体硼靶。其沉积速率一般为0.01～0.05 μm/min,但这种 镀膜方法蒸发出来的粒子一般都是中性，仅有很少的荷电粒子。 且蒸发出来的粒子能量很低，因而制得的cBN 膜对基板的附着 力比较低。
目前，ｃＢＮ单晶的合成主要是由静态高压触媒法合成，通 常以六方氮化硼（ｈＢＮ）和不同的触媒为原料，在高温 （１４００～１８００℃）和高压（４～８ＧＰａ）下合成 ｃＢＮ单晶粉，颜色多为黑色或琥珀色．国内最早合成 的ｃＢＮ采用金属镁作为触媒，后来主要采用金属氮硼化 物．用氮硼化物合成的ｃＢＮ颜色浅，多为淡黄色、琥珀色 或无色透明晶体，晶形完整、晶面光滑、单颗粒抗压强度较 高．为使合成条件降低，可采用化学反应直接成核生长ｃＢ Ｎ，可以实现在较低的温度和压力下合成ｃＢＮ。最近几年 发展起来的激光诱导等离子体法，主要用于研究亚稳相纳米 晶ｃＢＮ。为满足对粗粒度ｃＢＮ的高增长需求，有人研究 了高品级粗颗粒立方氮化硼的合成技术，通过对原材料、触 媒及合成工艺诸方面的系统分析，采用４０ｍｍ 腔体进行 粗粒度ｃＢＮ合成，３０～６０粒度完整晶形单晶所占比例 接近７０％
1.3 离子镀 (IP) • 离子镀在原理上是蒸发工艺与溅射技术的结 合，比蒸发镀膜在结合力方面有很大的改善。离 子镀制备cBN 膜时，其残余应力随膜中立方相量 的增加而增加，致使结合强度的提高受到限制 K.L.Barth 等用空心阴极放电离子镀装置获cBN 最大含量达95%的薄膜，厚度达580nm 没有剥落，但其内应力较高，达10 GPa。
立方氮化硼多晶烧结体的主要制法有：①用立方氮 化硼微粉和少量结合剂(如钴、铝、钛和氮化钛等)， 在压力4000～8000兆帕、温度为1300～1900℃下烧 结而成；②以立方氮化硼微粉和结合剂为一层，以 硬质合金（片或粉）为一层，在上述压力、温度下 把两者烧结在一起，制得带硬质合金衬底的多晶烧 结体，这种烧结体具有高的强度，同时保持立方氮 化硼的原有理化性能，可制成直径达16毫米的圆片， 切割加工成适当形状后，作为车刀和镗刀的刀头， 适于切削淬火钢、铸铁和镍基合金等。
立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方 氮化硼和触媒在压力为3000～8000兆帕、温度为800～ 1900℃ 范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土金 属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的晶形有四 面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。工业生产的立方氮 化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在1毫 米以下。它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化 学惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料，如 高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬 铸铁等。用立方氮化硼磨具磨削钢材时，大多可获得高的 磨削比和加工表面质量。
六方氮化硼的制备
方法一 目前国内主要的生产方法是无水硼砂与氯化铵或尿素等 混合后, 1000℃下在管式炉中于氨气保护下反应,然后水 洗,酸洗 Na2 B4O7 NH 4Cl NH 3 BN Na2O H 2 O
Na2 B4O7 ( NH 2 ) 2 CO BN Na2O H 2O CO2 含氮化合物过量, 产物粒度在1m以下
• 1.2 溅射镀膜 (1) 直流二极、三极和四极溅射 • 此种溅射方法的优点是装置简单，工艺控制较容易。缺点是沉膜 效率低，基体温度易升高，气体分子进入薄膜中量大。M.Ben el Mekki 等[3]曾对用离子束辅助沉积法和三极溅射法所制的 膜进行性能比较，发现三极溅射制得的膜与基体结合力低且表面 较粗糙。 (2) 射频溅射(RFS) • RFS 是将一部分射频功率加在靶上，从中溅射出B 原子和N+ 离子。另一部分功率加在基体上，产生射频自直流负偏压，改变 射频功率的分配系数，负偏压可从0～－100 V 变化。调节离 子能量，可制备SP3 含量高的cBN 膜，沉积温度一般为300 ℃，沉积速率为4.0 nm/min。S.Logothetidis 等[4]在硅 上分别用射频溅射和离子束溅射法制备cBN 膜，其中用射频溅 射法制得的薄膜厚度为600 nm，具有更高的立方相含量和硬 度。 (3) 磁控溅射(MS) • 磁控溅射的原理如图 (pvd) (4) 离子束溅射(IBS)
立方氮化硼薄膜制备中存在的主要问题 (1)薄膜厚度和纯度 由于膜与基体的结合力弱，延长沉积时间往往导致薄膜在沉积 过程脱落，从而限制了立方氮化硼的沉积厚度，一般不超过 400 nm；同时用不同方法获得的立方氮化硼膜，总含有一些 非立方相(如hBN、t-BN 或á-BN 等)，纯度一般不超过 90% 。 (2)结晶性 • 由于离子的轰击，用气相沉积所获得的立方氮化硼的晶粒很小 (5～20nm) ，限制了立方氮化硼膜在半导体上的应用。 (3)在非硅基体上沉积立方氮化硼困难 • 目前立方氮化硼薄膜合成的报导基本上都是以单晶硅为基体，而 在非硅基体上沉积立方氮化硼膜非常困难，且膜与基体的结合力 更差。在非硅基体上成功沉积立方氮化硼薄膜是实现其在实际上 应用的前提。 (4)薄膜与基体的结合力问题 • 根据残余应力理论，cBN 膜只能在大密度离子轰击下才能形成， 这就不可避免地要在膜内产生极大的残余应力。影响了薄膜与基 体的结合强度。此 • 外，cBN 膜的晶格常数与各种衬底相差较大，也是引起剥落的 重要原因。
ｃＢＮ 的主要性能
具有高的硬度和热稳定性，显微硬度仅次于金刚石；其热 稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性 能和硬度，具有很好的红硬性；结构稳定，具有高的抗氧化 能力，化学稳定性好，与金刚石相比尤其好，在高达１１０ ０~１３００℃的温度下也不与铁族元素起化学反应，因此特 别适合于加工黑色金属材料；导热系数比金刚石小，但比硬 质合金高，具有良好的导热性；抗弯强度高；作为磨具材料， 使用寿命长、耐磨性好．但是，单晶立方氮化硼晶粒尺小， 各向异性，存在容易劈裂的解理面，脆性大，极容易发生解 理破损
目前国内CBN材料生产厂家很多，产量也不少，但高质量 的不多，CBN刀(磨)具的稳定用户更少。究其原因主要是机械 加工部门对价格昂贵的CBN刀(磨)具缺乏选择与使用的知识， 采购来的CBN工具实效不多，在其经济紧缩的条件下，不敢轻 易投资进行工艺试验。
立方氮化硼的制备
ｃＢＮ是２０世纪５０年代最先由美国通用电气 （ＧＥ）公司人工合成得到，７０年代初制成聚晶Ｐｃ ＢＮ 刀具．我国２０世纪７０年代首次合成出ｃＢＮ 后，经历了２０多年的徘徊发展，到２０世纪９０年代， ｃＢＮ的生产及应用进入快速发展时期，特别是近几年 发展更为迅速．我国生产的ｃＢＮ单晶除满足快速发展 的国内市场外，还大量出口国外．聚晶立方氮化硼是由 cＢＮ单晶添加黏结剂或不加任何黏结剂，经高温高压 烧结制得的．基于聚晶立方氮化硼材料和刀具在现代制 造业中的重要作用，于２０１０年设立的“高档数控机 床与基础制造装备”国家科技重大专项中明确提出：要 研究超硬材料刀具系列产品结构设计和制造技术；进行 高精度成形刀具研发；建立切削试验装臵，针对用户材 料及加工工艺需求，开展切削试验，建立切削数据库等， 最终研制开发出适用于加工航空航天钛合金、高温合金 材料的高效切削用超硬材料刀具系列产品