中國粉體網訊 氮化硼是一種性能優異的無機非金屬材料，有五種晶系異構體：六方氮化硼(hBN)，纖鋅礦氮化硼(wBN)，三方氮化硼(rBN)，立方氮化硼(cBN)和斜方氮化硼(oBN)。目前工業上應用最多的是六方氮化硼和立方氮化硼。六方氮化硼是一種重要的絕緣導熱材料，也是工業上制備立方氮化硼的初始材料。立方氮化硼是硬度僅次于金剛石的超硬材料，經cBN燒結制備的聚晶立方氮化硼是理想的機械加工刀具材料。從六方氮化硼到立方氮化硼，再到聚晶立方氮化硼，國內氮化硼系列企業已掌握相關制備技術，初步形成一條具有硬功夫的氮化硼產業鏈條。
從hBN到cBN
立方氮化硼是由六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的，具有很高的硬度、熱穩定性和化學惰性，以及良好的透紅外性和較寬的禁帶寬度等優異性能。1957年，美國通用電氣公司的Wentorf以鎂為觸媒采用高溫高壓法首次合成出cBN單晶，隨后Wentorf又在無觸媒的情況下將hBN轉變為cBN，當時采用的反應溫度和壓力分別為1500℃和6GPa。為了適應工業化生產，必須降低六方氮化硼轉化為立方氮化硼的反應溫度和壓力，相較于直接轉化法，觸媒輔助轉化法可以有效降低反應溫度和壓力，典型的觸媒材料有堿金屬、堿土金屬、氟化物、錫、鉛、銻及它們的氮化物等。將六方氮化硼與觸媒混合均勻，在一定壓力和溫度下轉化為立方氮化硼，不僅可以提高單產，而且可以提升原材料的轉化率和產品質量的穩定性。
高溫高壓合成技術（氮硼科技）
迄今為止，高溫高壓法仍是制備cBN晶體的常用方法，作為初始原料的hBN對高溫高壓法制備cBN至關重要,hBN的雜質、有序度、顆粒度、表面成分等皆對高壓觸媒法制備cBN有一定的影響。
從cBN到PcBN
立方氮化硼的硬度僅次于金剛石，適用于制作高溫磨料和拋光劑。然而，單晶cBN存在一些缺點，如晶粒尺寸小、各向異性、易劈裂的解理面、脆性大等，這些限制了其在某些應用領域的使用。為了克服這些缺點，聚晶立方氮化硼（PcBN）被開發出來。
PcBN刀片（圖源：氮鵬科技）
cBN單晶表面有一層致密的氧化硼薄膜，這層薄膜阻礙了晶粒間的直接鍵合，所以很難得到與之直接鍵合的高強度的PcBN，因而在聚合過程中，通過加入多種結合劑材料的方式來加強晶粒間的連接。以cBN微粉為主要原料，通過添加粘結劑，在高溫(1500-2000℃)和超高壓(5-9GPa)下燒結制成PcBN。PcBN保留了cBN的大部分性能，并且克服了cBN單晶晶面方向性解理的缺點，是一種理想的機械刀具材料。
氮化硼系列企業分布
目前，國內從六方氮化硼到立方氮化硼再到聚晶立方氮化硼，已經初步形成了完整的產業鏈條。部分氮化硼生產企業及生產情況如下：
現階段，中國六方氮化硼生產企業以丹東市化工研究所有限責任公司、營口遼濱精細化工有限公司、青州方舟新材料有限公司、秦皇島一諾高新材料開發有限公司、丹東日進科技有限公司為代表，主要集中在山東、遼寧、河南等地。上述企業在六方氮化硼行業中深耕多年，依托豐富的硼資源或技術優勢，在六方氮化硼市場中占據較大的市場份額，整體競爭力較強。行業內還存在著其它中小型企業，這部分企業的生產加工技術有限，生產規模較小，產品品質一般，主要通過低價競爭獲取市場，競爭力相對較弱。
國內立方氮化硼企業主要有河南博徠榮超硬材料有限公司、河南黃河旋風股份有限公司、河南四方達超硬材料股份有限公司、鄭州磨料磨具磨削研究所等，企業數量眾多。從分布區域來看，國內立方氮化硼產能集中分布在華中區域，河南省立方氮化硼產量約占據全國總產量比例的95%左右。究其原因，河南省有著國內唯一的國家級超硬材料產業基地以及鄭州三磨所、機械研究所等多數研究機構。在政策方面，2022年河南省政府發布的《河南省加快材料產業優勢再造換道領跑行動計劃（2022－2025年）》明確將超硬材料納入重點發展的先進材料范疇。在多種因素影響下，河南立方氮化硼企業數量不斷增加，產量不斷提升。
我國聚晶立方氮化硼生產企業主要有河南四方達超硬材料股份有限公司、河南黃河旋風股份有限公司、中南鉆石有限公司、富耐克超硬材料股份有限公司等。以立方氮化硼為重要原料，生產聚晶立方氮化硼的企業所在地主要集中在立方氮化硼產量大省——河南。
雖然我國已經初步形成從hBN到cBN再到PcBN的產業鏈條布局，但是在中高端產品線上與歐美、日本仍存在一定的差距。面對新一輪的科技革命和產業變革的機遇，氮化硼產業也將進入跨越發展的窗口期，縮小與日本、歐美等國的技術差距，迎來無往不利的未來。
參考來源：
[1]王艷芝等，氮化硼系列材料的合成制備及應用研究進展
[2]彭進等，聚晶立方氮化硼的制備及應用研究進展
[3]劉彩云等，立方氮化硼的研究進展
（中國粉體網編輯整理/梧桐）
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