【原创】一“硬”俱全：从六方氮化硼到立方氮化硼，再到聚晶立方氮化硼

中国粉体网讯  氮化硼是一种性能优异的无机非金属材料，有五种晶系异构体：六方氮化硼(hBN)，纤锌矿氮化硼(wBN)，三方氮化硼(rBN)，立方氮化硼(cBN)和斜方氮化硼(oBN)。目前工业上应用最多的是六方氮化硼和立方氮化硼。六方氮化硼是一种重要的绝缘导热材料，也是工业上制备立方氮化硼的初始材料。立方氮化硼是硬度仅次于金刚石的超硬材料，经cBN烧结制备的聚晶立方氮化硼是理想的机械加工刀具材料。从六方氮化硼到立方氮化硼，再到聚晶立方氮化硼，国内氮化硼系列企业已掌握相关制备技术，初步形成一条具有硬功夫的氮化硼产业链条。

从hBN到cBN

立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的，具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外性和较宽的禁带宽度等优异性能。1957年，美国通用电气公司的Wentorf以镁为触媒采用高温高压法首次合成出cBN单晶，随后Wentorf又在无触媒的情况下将hBN转变为cBN，当时采用的反应温度和压力分别为1500℃和6GPa。为了适应工业化生产，必须降低六方氮化硼转化为立方氮化硼的反应温度和压力，相较于直接转化法，触媒辅助转化法可以有效降低反应温度和压力，典型的触媒材料有碱金属、碱土金属、氟化物、锡、铅、锑及它们的氮化物等。将六方氮化硼与触媒混合均匀，在一定压力和温度下转化为立方氮化硼，不仅可以提高单产，而且可以提升原材料的转化率和产品质量的稳定性。

高温高压合成技术（氮硼科技）

迄今为止，高温高压法仍是制备cBN晶体的常用方法，作为初始原料的hBN对高温高压法制备cBN至关重要,hBN的杂质、有序度、颗粒度、表面成分等皆对高压触媒法制备cBN有一定的影响。

从cBN到PcBN

立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，适用于制作高温磨料和抛光剂。然而，单晶cBN存在一些缺点，如晶粒尺寸小、各向异性、易劈裂的解理面、脆性大等，这些限制了其在某些应用领域的使用。为了克服这些缺点，聚晶立方氮化硼（PcBN）被开发出来。

PcBN刀片（图源：氮鹏科技）

cBN单晶表面有一层致密的氧化硼薄膜，这层薄膜阻碍了晶粒间的直接键合，所以很难得到与之直接键合的高强度的PcBN，因而在聚合过程中，通过加入多种结合剂材料的方式来加强晶粒间的连接。以cBN微粉为主要原料，通过添加粘结剂，在高温(1500-2000℃)和超高压(5-9GPa)下烧结制成PcBN。PcBN保留了cBN的大部分性能，并且克服了cBN单晶晶面方向性解理的缺点，是一种理想的机械刀具材料。

氮化硼系列企业分布

目前，国内从六方氮化硼到立方氮化硼再到聚晶立方氮化硼，已经初步形成了完整的产业链条。部分氮化硼生产企业及生产情况如下：

现阶段，中国六方氮化硼生产企业以丹东市化工研究所有限责任公司、营口辽滨精细化工有限公司、青州方舟新材料有限公司、秦皇岛一诺高新材料开发有限公司、丹东日进科技有限公司为代表，主要集中在山东、辽宁、河南等地。上述企业在六方氮化硼行业中深耕多年，依托丰富的硼资源或技术优势，在六方氮化硼市场中占据较大的市场份额，整体竞争力较强。行业内还存在着其它中小型企业，这部分企业的生产加工技术有限，生产规模较小，产品品质一般，主要通过低价竞争获取市场，竞争力相对较弱。

国内立方氮化硼企业主要有河南博徕荣超硬材料有限公司、河南黄河旋风股份有限公司、河南四方达超硬材料股份有限公司、郑州磨料磨具磨削研究所等，企业数量众多。从分布区域来看，国内立方氮化硼产能集中分布在华中区域，河南省立方氮化硼产量约占据全国总产量比例的95%左右。究其原因，河南省有着国内唯一的国家级超硬材料产业基地以及郑州三磨所、机械研究所等多数研究机构。在政策方面，2022年河南省政府发布的《河南省加快材料产业优势再造换道领跑行动计划（2022－2025年）》明确将超硬材料纳入重点发展的先进材料范畴。在多种因素影响下，河南立方氮化硼企业数量不断增加，产量不断提升。

我国聚晶立方氮化硼生产企业主要有河南四方达超硬材料股份有限公司、河南黄河旋风股份有限公司、中南钻石有限公司、富耐克超硬材料股份有限公司等。以立方氮化硼为重要原料，生产聚晶立方氮化硼的企业所在地主要集中在立方氮化硼产量大省——河南。

虽然我国已经初步形成从hBN到cBN再到PcBN的产业链条布局，但是在中高端产品线上与欧美、日本仍存在一定的差距。面对新一轮的科技革命和产业变革的机遇，氮化硼产业也将进入跨越发展的窗口期，缩小与日本、欧美等国的技术差距，迎来无往不利的未来。

参考来源：

[1]王艳芝等，氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展

[2]彭进等，聚晶立方氮化硼的制备及应用研究进展

[3]刘彩云等，立方氮化硼的研究进展

（中国粉体网编辑整理/梧桐）

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