目前,立方氮化硼(cBN)单晶在工业上的应用主要是利用其力学性能,而在高温半导体和光学性能等方面的研究刚刚开始,主要原因是其性能研究需要的大颗粒cBN单晶难以获得。cBN单晶的转变机理已经过数十年的研究,但仍未有定论,这就使大颗粒单晶的合成与生长缺乏理论指导。本文主要使用热力学理论、第一性原理、EET理论与TFDC理论等相关理论方法研究cBN单晶的转变机理。使用热力学理论研究物相的转变机理在材料研究领域已得到广泛应用,在cBN单晶相变机理的研究中未得到应用的主要原因是相关物相的热力学参数难以获得和相变的过程不明确。本文使用Vegard定律获得相关物相的热力学参数,并对cBN单晶合成过程中可能发生的反应均进行了探讨,从热力学的角度分析cBN单晶的转变机理。在高温高压下,cBN单晶的晶格常数发生一定程度的变化,为了后续的EET理论分析,使用基于密度泛函理论的VASP软件计算出cBN单晶在合成温度和压强下的晶格常数。运用EET理论和TFDC理论,分析六方氮化硼(hBN)与cBN单晶之间是否符合相互转变的异相界面连续的条件,进一步研究cBN单晶的转变机理。本文选择以氮化锂(Li3N)为触媒、hBN为实验原料,对静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成体系进行热力学研究。以经典热力学第一定律为依据,考虑温度和压强对各个反应物相体积的影响,计算了高温高压合成cBN过程中可能反应的吉布斯自由能的大小,分析了各反应发生的可能性大小。计算了锂基触媒体系中三个可能的相变反应hBN+Li3N→Li3BN2、hBN→cBN及Li3BN2→Li3N+cBN在高温高压合成条件下的吉布斯自由能变化。计算发现：由于hBN→cBN、hBN+Li3N→Li3BN2两个反应的自由能变化为负值,表明这两个相变反应很容易发生,Li3BN2分解为Li3N和hBN的温度和压强围成一个“V"形区。在cBN单晶合成过程中, Li3BN2稳定存在的区域基本覆盖了优质cBN单晶能够合成的温度和压强构成的“V”形区,这就意味着从热力学分析的角度,在cBN单晶合成过程中cBN单晶很可能由hBN直接转变得到。晶格常数受温度和压强的影响会发生变化。为了给EET理论研究cBN单晶的转变机理奠定基础,本文分别使用了USPP_LDA和PPW GGA方法计算了hBN和cBN在cBN单晶合成温度和压强下的晶格常数,并探讨温度和压强对晶格常数的具体影响趋势。计算表明,cBN和hBN的晶格常数随温度升高而升高,随压强的升高呈线性迅速下降。同时,本文选择cBN单晶的合成温度为1800K,压强为5.0GPa进行EET理论和TFDC理论分析。在该温度和压强下,cBN单晶的晶格常数为3.5883A；而hBN的晶格常数,a轴的晶格常数为2.4766A,c轴的晶格常数值为6.5106A。本文采用EET理论和TFDC理论分析cBN单晶的转变机理。利用EET理论的键距差法,发现在cBN单晶合成温度和压强(1800 K,5.0 GPa)下,hBN结构和cBN结构均有可存在的原子组态。文中计算了hBN和cBN各主要低指数晶面的电子密度,以及其主要晶面之间的电子密度差。计算发现hBN与cBN各主要晶面之间有hBN(100)/cBN(100), hBN(110)/cBN(110)两组晶面符合TFDC理论提出的相邻晶面之间的电子密度需要连续的原子边界条件。因此,从价电子结构的角度来看,cBN单晶极有可能是由hBN直接转变而来。根据上述理论分析,从热力学角度和价电子理论的角度分析,cBN单晶是由hBN直接转变而来的,本文理论计算结果支持固相直接转变学说。在Li3N-hBN合成体系中,Li3BN2作为hBN的电子向cBN传递的桥梁,起到催化hBN向cBN单晶转变的作用。