立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，簡稱CBN），是(shi)一種人(ren)工合(he)成(cheng)的超(chao)硬材料。1957年(nian)，美國GE公司研(yan)究人(ren)員采用人(ren)工方(fang)法，在(zai)超(chao)高溫高壓條件下首次(ci)合(he)成(cheng)了立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)硼。1966年(nian)，中國成(cheng)功合(he)成(cheng)出第(di)一顆立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)硼（CBN）。但天然的立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)硼一直未被發現，因此立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)硼被認為是(shi)一種人(ren)工合(he)成(cheng)產物(wu)，在(zai)自然界中不存(cun)在(zai)。

       直到2009年，美國科學家和來自中國、德(de)國科研(yan)機(ji)構的同行一起，在中國青藏高原古海洋地(di)殼的富鉻巖內找到了這(zhe)種(zhong)礦(kuang)物(wu)。2013年8月(yue)，國際礦(kuang)物(wu)學協會正式(shi)承(cheng)認了這(zhe)種(zhong)新(xin)的礦(kuang)物(wu)——立方氮(dan)化硼。

       一、立方氮化硼的結構

       立方氮化硼原子結構與金剛石中的(de)(de)碳(tan)原子(zi)(zi)結構(gou)高(gao)度相(xiang)(xiang)似，因此(ci)具有高(gao)密度和極(ji)高(gao)的(de)(de)硬度。CBN是由(you)氮原子(zi)(zi)和硼原子(zi)(zi)所(suo)構(gou)成(cheng)的(de)(de)化合物，化學組成(cheng)為43.6%的(de)(de)硼和56.4%的(de)(de)氮。從(cong)晶體結構(gou)上看(kan)，立(li)(li)方氮化硼由(you)B原子(zi)(zi)組成(cheng)的(de)(de)面心立(li)(li)方晶格和N原子(zi)(zi)組成(cheng)的(de)(de)面心立(li)(li)方晶格沿(yan)對角線錯開1/4組成(cheng)，這(zhe)使得其晶體結構(gou)與金(jin)剛(gang)石(shi)相(xiang)(xiang)近，晶格系數也相(xiang)(xiang)當(dang)接(jie)近（金(jin)剛(gang)石(shi)為0.3567nm，立(li)(li)方氮化硼為0.3615nm）。

       二、立方氮化硼的性質

       1、硬度高：立方氮化硼是自然界中硬度第二的材料，僅次于金剛石。其莫氏硬度為9.7，維氏硬度高達7500，這使得它在材料加工領域具有無可比擬的優勢。

       2、導熱(re)性(xing)(xing)強：立方(fang)氮化硼具(ju)有良好的(de)導熱(re)性(xing)(xing)，其導熱(re)系數為79.54w/m?k，雖然低(di)于金(jin)(jin)剛石，但遠(yuan)高(gao)于高(gao)速鋼、硬(ying)質合(he)金(jin)(jin)及其他陶(tao)瓷材料，有助于在高(gao)速切削過程中保持刀具(ju)的(de)穩定性(xing)(xing)。

       3、熱(re)穩定(ding)性高：立(li)方氮(dan)化硼的熱(re)穩定(ding)性優(you)于人造金剛(gang)石，可承受1200℃以上的切削溫度(du)，這使(shi)得它在(zai)高溫加工環境中表現出色。

       4、化學(xue)穩(wen)定性高(gao)：立方氮化硼的化學(xue)惰性大，在中(zhong)性、還原性氣體(ti)介質中(zhong)對酸和堿具有很(hen)高(gao)的化學(xue)穩(wen)定性，尤其適(shi)合加工鐵(tie)系金屬。

       三、立方氮化硼的合成

       立方氮(dan)化(hua)硼(peng)單晶的(de)合成主要采用靜態高(gao)壓(ya)觸媒法，以六方氮(dan)化(hua)硼(peng)和(he)不(bu)同的(de)觸媒為原料，在高(gao)溫（1400℃~1800℃）和(he)高(gao)壓(ya)（4~8GPa）條(tiao)件下合成。

       國內(nei)早(zao)期(qi)合(he)成立(li)方(fang)氮化硼(peng)多采用(yong)金屬(shu)鎂作(zuo)為(wei)觸(chu)媒(mei)，后期(qi)則主要采用(yong)金屬(shu)氮硼(peng)化物，如Li3N、Mg3N2、Ca3N2等。這些觸(chu)媒(mei)材(cai)料(liao)的選(xuan)擇和(he)合(he)成條件的優化，使得(de)(de)立(li)方(fang)氮化硼(peng)的顏色(se)和(he)品質(zhi)得(de)(de)以提(ti)升，多為(wei)淡黃(huang)色(se)、琥(hu)珀(po)色(se)或無色(se)透明晶(jing)(jing)體，晶(jing)(jing)型完整、晶(jing)(jing)面光滑、單顆粒(li)抗壓強度較高。

       四、立方氮化硼的應用

       立方氮化硼因其優異的性能，在材料加工領域發揮著重要作用，主要用作磨具材料和刀具材料。

       1、用作磨具材料：

       小顆粒的立方氮化硼單晶是磨具的主要原料，通過結合劑的作用粘結成具有一定幾何形狀的制品。立方氮化硼磨具具有極高的使用壽命，適用于鐵基材料和非鐵金屬材料的加工，尤其擅長處理硬度高、韌性大、高溫時強度高和熱傳導率低的材料。其金屬磨除率是金剛石的10倍，大大提高了磨削效率和精度，同時延長了砂輪的使用壽命。

       2、用作刀具(ju)材(cai)料：

       采用合適粒(li)度(du)的立(li)方(fang)氮(dan)化硼單晶(jing)粉，通(tong)過高(gao)溫高(gao)壓(ya)燒(shao)結制(zhi)成聚晶(jing)立(li)方(fang)氮(dan)化硼（PCBN）。PCBN刀具(ju)(ju)克服了(le)單晶(jing)易解理和各向(xiang)異性的不(bu)足，硬(ying)度(du)均勻(yun)、沒有(you)方(fang)向(xiang)性，特(te)別適合加工(gong)鐵(tie)族金(jin)(jin)屬及(ji)其合金(jin)(jin)。PCBN刀具(ju)(ju)既(ji)能勝(sheng)任(ren)淬(cui)硬(ying)鋼、高(gao)速鋼、鑄鐵(tie)等材(cai)料(liao)的粗(cu)車和精車，又能勝(sheng)任(ren)高(gao)溫合金(jin)(jin)、熱(re)噴涂材(cai)料(liao)、硬(ying)質合金(jin)(jin)及(ji)其他難加工(gong)材(cai)料(liao)的高(gao)速切削加工(gong)，是實(shi)現以(yi)車代(dai)磨的理想(xiang)刀具(ju)(ju)。

       五(wu)、立方氮化硼市場規模

       目前，我國是全球最大立方氮化硼生產國，立方氮化硼產量占全球70%以上，每年45%立方氮化硼產品被出口到海外市場，磨料級立(li)(li)方氮(dan)化(hua)硼(peng)單晶產(chan)(chan)量(liang)占全球總產(chan)(chan)量(liang)的60%以(yi)上。而鄭州則是(shi)立(li)(li)方氮(dan)化(hua)硼(peng)產(chan)(chan)業集聚地，誕生了凱納精密、富(fu)耐克(ke)、中(zhong)南杰特等一(yi)批行業龍頭企業。2021年，鄭州立(li)(li)方氮(dan)化(hua)硼(peng)聚晶產(chan)(chan)量(liang)占全國(guo)總產(chan)(chan)量(liang)的80％以(yi)上，立(li)(li)方氮(dan)化(hua)硼(peng)單晶產(chan)(chan)量(liang)則超過(guo)70％。

       從生產(chan)規模來看，立(li)方氮(dan)化硼(peng)單(dan)晶年(nian)產(chan)量(liang)國內穩(wen)(wen)定在6億克拉以(yi)上(shang)；立(li)方氮(dan)化硼(peng)微粉(fen)產(chan)量(liang)隨著精密(mi)、超精密(mi)加(jia)工及聚晶立(li)方氮(dan)化硼(peng)（PCBN）穩(wen)(wen)步提(ti)高，年(nian)產(chan)1億克拉以(yi)上(shang)；立(li)方氮(dan)化硼(peng)鍍覆產(chan)品作為派(pai)生品種年(nian)產(chan)量(liang)近1億克拉。

       據新思界產(chan)業研(yan)究中心相關報告(gao)顯(xian)示(shi)，2022年國內立方氮(dan)化(hua)(hua)硼(peng)產(chan)量約(yue)6.7億克拉，立方氮(dan)化(hua)(hua)硼(peng)刀具市場規模達到(dao)35.8億元(yuan)，占超(chao)硬刀具總規模約(yue)57%。Fact.MR數據預計，2023年—2033年全(quan)球立方氮(dan)化(hua)(hua)硼(peng)全(quan)球市場將(jiang)從9.5億美(mei)元(yuan)增(zeng)長(chang)至20億美(mei)元(yuan)，年復合增(zeng)長(chang)率7.7%。