摘要：介紹了cbn的性能和制備cbn涂層的方法（等離子體增強(qiáng)脈沖激光沉積法和熱絲輔助射頻等離子體cvd法）；簡(jiǎn)述了cbn涂層的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展前景；通過等離子體增強(qiáng)脈沖激光沉積法制備cbn涂層的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為增強(qiáng)cbn涂層與刀具基體的結(jié)合力是將cbn涂層用作刀具涂層必須解決的問題。
隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展，金屬切除率不斷提高。1900年，用碳素工具鋼刀具車削標(biāo)準(zhǔn)鋼棒（500mm×100mm）需用時(shí)約100分鐘，20世紀(jì)50年代采用硬質(zhì)合金刀具后，加工時(shí)間縮短為幾分鐘。1969年開始采用涂層硬質(zhì)合金刀具，zui初用涂層刀片切削標(biāo)準(zhǔn)鋼棒需用時(shí)1.5min，而采用gc1025和gc015涂層刀片使加工時(shí)間進(jìn)一步縮短到1.25min和1min。通過對(duì)加工過程進(jìn)行分析可知，要提高切削速度、降低切削成本，在所有加工因素中的辦法就是應(yīng)用新型刀具材料。
刀具表面涂層是提高刀具壽命、降低切削成本的有效手段。刀具涂層不僅可以提高刀具的表面硬度，增強(qiáng)其耐磨性，而且可以減小刀具表面摩擦系數(shù)，增加潤(rùn)滑能力，提高切削速度，減少換刀次數(shù)，提高被加工零件的精度和表面質(zhì)量，從而提高生產(chǎn)效率。目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，涂層刀具已占所用全部刀具的 80%以上，而我國(guó)這一比例尚不及20%，因此推廣涂層刀具的應(yīng)用、開發(fā)新的涂層刀具材料具有重大意義。
1.cbn的性能特點(diǎn)
cbn（cubicboronnitride,立方氮化硼）是繼人工合成金剛石之后出現(xiàn)的另一種超硬無機(jī)材料，它除了具有許多與金剛石類似的優(yōu)異物理、化學(xué)特性，如超高硬度（僅次于金剛石）、高耐磨性、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)等，同時(shí)還具有一些優(yōu)于金剛石的特性（cbn與金剛石的性能對(duì)比見表1）。與金剛石不適合加工鋼鐵材料不同，cbn對(duì)鐵族金屬具有極為穩(wěn)定的化學(xué)性能，因此可廣泛用于鋼鐵制品的精密加工、研磨等。cbn除具有優(yōu)良的耐磨損性能外，其耐熱性也極為優(yōu)良，在相當(dāng)高的切削溫度下也能切削耐熱鋼、淬火鋼、鈦合金等，并能切削高硬度的冷硬軋輥、滲碳淬火材料以及對(duì)刀具磨損非常嚴(yán)重的sial合金等難加工材料。
cbn與金剛石的性能對(duì)比
性能――cbn――金剛石
晶體結(jié)構(gòu)――閃鋅礦――金剛石
晶格常數(shù)（a°）――3.615――3.567
密度（g·cm-3）――3.48――3.515
顯微硬度（mpa）――46042～84337――>88260
彈性模量（gpa）――700――1000
熱膨脹系數(shù)（×10的-6次方/℃）――4.7――3.1
化學(xué)穩(wěn)定性――與fe系金屬不反應(yīng)，大氣中至1000℃不氧化――與fe系金屬反應(yīng)，大氣中600℃以上氧化
熱穩(wěn)定性――真空中，溫度至1550℃才發(fā)生從cbn至hbn的相變――真空中，溫度超過1300℃，金剛石開始向石墨轉(zhuǎn)變
cbn并不是天然存在的，需要靠人工合成，合成cbn的傳統(tǒng)方法是高溫高壓法。這種方法對(duì)合成條件要求苛刻，成本高，而且只能得到cbn細(xì)小粉末，僅能用作磨料和聚晶cbn刀具。盡管如此，由于使用了粘結(jié)劑，這種價(jià)格昂貴的刀具的加工性能也大大降低。因此迫切需要開發(fā)價(jià)格更低、質(zhì)量更高的 cbn制備技術(shù)。
2.cbn涂層的制備方法
cbn具有三種異構(gòu)體，即hbn、cbn和wbn。hbn（六方氮化硼）具有與石墨極為相似的結(jié)構(gòu)，又稱為“白色石墨”，質(zhì)地也很軟；而 cbn的結(jié)構(gòu)和性能與金剛石相近。1987年inagawa等人成功地制備了純度較高的cbn薄膜，隨后許多研究人員相繼采用物理氣相沉積（pvd）和化學(xué)氣相沉積（cvd）方法成功制備了cbn，從而在上掀起了研究立方氮化硼薄膜的熱潮。在多種制備方法中，zui典型的方法是等離子體增強(qiáng)脈沖激光沉積法和熱絲輔助射頻等離子體化學(xué)氣相沉積法。