中國粉體網(wǎng)訊  氮化硼是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，有五種晶系異構(gòu)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(yè)上應(yīng)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(dǎo)熱材料，也是工業(yè)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(jīng)cBN燒結(jié)制備的聚晶立方氮化硼是理想的機(jī)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(nèi)氮化硼系列企業(yè)已掌握相關(guān)制備技術(shù)，初步形成一條具有硬功夫的氮化硼產(chǎn)業(yè)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(wěn)定性和化學(xué)惰性，以及良好的透紅外性和較寬的禁帶寬度等優(yōu)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(zhuǎn)變?yōu)閏BN，當(dāng)時(shí)采用的反應(yīng)溫度和壓力分別為1500℃和6GPa。為了適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)，必須降低六方氮化硼轉(zhuǎn)化為立方氮化硼的反應(yīng)溫度和壓力，相較于直接轉(zhuǎn)化法，觸媒輔助轉(zhuǎn)化法可以有效降低反應(yīng)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(zhuǎn)化為立方氮化硼，不僅可以提高單產(chǎn)，而且可以提升原材料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

高溫高壓合成技術(shù)（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(duì)高溫高壓法制備cBN至關(guān)重要,hBN的雜質(zhì)、有序度、顆粒度、表面成分等皆對(duì)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(diǎn)，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(yīng)用領(lǐng)域的使用。為了克服這些缺點(diǎn)，聚晶立方氮化硼（PcBN）被開發(fā)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(qiáng)度的PcBN，因而在聚合過程中，通過加入多種結(jié)合劑材料的方式來加強(qiáng)晶粒間的連接。以cBN微粉為主要原料，通過添加粘結(jié)劑，在高溫(1500-2000℃)和超高壓(5-9GPa)下燒結(jié)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(diǎn)，是一種理想的機(jī)械刀具材料。

氮化硼系列企業(yè)分布

目前，國內(nèi)從六方氮化硼到立方氮化硼再到聚晶立方氮化硼，已經(jīng)初步形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。部分氮化硼生產(chǎn)企業(yè)及生產(chǎn)情況如下：

現(xiàn)階段，中國六方氮化硼生產(chǎn)企業(yè)以丹東市化工研究所有限責(zé)任公司、營口遼濱精細(xì)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(fā)有限公司、丹東日進(jìn)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(yè)在六方氮化硼行業(yè)中深耕多年，依托豐富的硼資源或技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在六方氮化硼市場(chǎng)中占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，整體競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。行業(yè)內(nèi)還存在著其它中小型企業(yè)，這部分企業(yè)的生產(chǎn)加工技術(shù)有限，生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)品品質(zhì)一般，主要通過低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)獲取市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較弱。

國內(nèi)立方氮化硼企業(yè)主要有河南博徠榮超硬材料有限公司、河南黃河旋風(fēng)股份有限公司、河南四方達(dá)超硬材料股份有限公司、鄭州磨料磨具磨削研究所等，企業(yè)數(shù)量眾多。從分布區(qū)域來看，國內(nèi)立方氮化硼產(chǎn)能集中分布在華中區(qū)域，河南省立方氮化硼產(chǎn)量約占據(jù)全國總產(chǎn)量比例的95%左右。究其原因，河南省有著國內(nèi)唯一的國家級(jí)超硬材料產(chǎn)業(yè)基地以及鄭州三磨所、機(jī)械研究所等多數(shù)研究機(jī)構(gòu)。在政策方面，2022年河南省政府發(fā)布的《河南省加快材料產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)再造換道領(lǐng)跑行動(dòng)計(jì)劃（2022－2025年）》明確將超硬材料納入重點(diǎn)發(fā)展的先進(jìn)材料范疇。在多種因素影響下，河南立方氮化硼企業(yè)數(shù)量不斷增加，產(chǎn)量不斷提升。

我國聚晶立方氮化硼生產(chǎn)企業(yè)主要有河南四方達(dá)超硬材料股份有限公司、河南黃河旋風(fēng)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(chǎn)聚晶立方氮化硼的企業(yè)所在地主要集中在立方氮化硼產(chǎn)量大省——河南。

雖然我國已經(jīng)初步形成從hBN到cBN再到PcBN的產(chǎn)業(yè)鏈條布局，但是在中高端產(chǎn)品線上與歐美、日本仍存在一定的差距。面對(duì)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)遇，氮化硼產(chǎn)業(yè)也將進(jìn)入跨越發(fā)展的窗口期，縮小與日本、歐美等國的技術(shù)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(yīng)用研究進(jìn)展

[2]彭進(jìn)等，聚晶立方氮化硼的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

[3]劉彩云等，立方氮化硼的研究進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）

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