立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，簡稱CBN），是一(yi)種人(ren)工(gong)合(he)成(cheng)(cheng)的超(chao)(chao)硬材料(liao)。1957年(nian)，美國GE公司研究(jiu)人(ren)員采用(yong)人(ren)工(gong)方法，在(zai)超(chao)(chao)高溫高壓條(tiao)件下首(shou)次合(he)成(cheng)(cheng)了立(li)(li)方氮化硼(peng)。1966年(nian)，中國成(cheng)(cheng)功合(he)成(cheng)(cheng)出第(di)一(yi)顆立(li)(li)方氮化硼(peng)（CBN）。但天(tian)然(ran)的立(li)(li)方氮化硼(peng)一(yi)直未被發(fa)現，因此立(li)(li)方氮化硼(peng)被認為(wei)是一(yi)種人(ren)工(gong)合(he)成(cheng)(cheng)產物，在(zai)自然(ran)界中不(bu)存在(zai)。

       直(zhi)到2009年，美國(guo)科學家和(he)來自中國(guo)、德國(guo)科研機構的同行一起，在(zai)中國(guo)青(qing)藏高原古海洋地殼的富鉻(ge)巖內找(zhao)到了(le)這(zhe)種礦物。2013年8月(yue)，國(guo)際礦物學協會正式(shi)承認了(le)這(zhe)種新的礦物——立方氮化(hua)硼(peng)。

       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)碳原子結構(gou)(gou)高(gao)(gao)(gao)度相(xiang)似，因此具有高(gao)(gao)(gao)密度和(he)極高(gao)(gao)(gao)的(de)硬度。CBN是由氮原子和(he)硼(peng)(peng)原子所構(gou)(gou)成(cheng)的(de)化合物，化學組成(cheng)為43.6%的(de)硼(peng)(peng)和(he)56.4%的(de)氮。從(cong)晶(jing)體(ti)結構(gou)(gou)上看，立方(fang)氮化硼(peng)(peng)由B原子組成(cheng)的(de)面心(xin)立方(fang)晶(jing)格和(he)N原子組成(cheng)的(de)面心(xin)立方(fang)晶(jing)格沿對(dui)角線錯開1/4組成(cheng)，這使(shi)得(de)其晶(jing)體(ti)結構(gou)(gou)與金剛石(shi)相(xiang)近，晶(jing)格系數也(ye)相(xiang)當(dang)接近（金剛石(shi)為0.3567nm，立方(fang)氮化硼(peng)(peng)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)(re)性(xing)(xing)強：立方氮(dan)化硼(peng)具有良好的導熱(re)(re)性(xing)(xing)，其(qi)導熱(re)(re)系數為79.54w/m?k，雖然低(di)于(yu)金剛石(shi)，但遠高(gao)于(yu)高(gao)速鋼(gang)、硬(ying)質合(he)金及其(qi)他陶瓷(ci)材料(liao)，有助(zhu)于(yu)在高(gao)速切削過程中保(bao)持刀具的穩定(ding)性(xing)(xing)。

       3、熱穩定性(xing)高：立(li)方氮化硼的熱穩定性(xing)優于人造(zao)金剛石，可承受1200℃以(yi)上(shang)的切削溫度，這使(shi)得(de)它(ta)在高溫加工(gong)環境中(zhong)表現出色。

       4、化(hua)學(xue)穩(wen)定性(xing)(xing)高：立方氮(dan)化(hua)硼的(de)化(hua)學(xue)惰(duo)性(xing)(xing)大(da)，在中性(xing)(xing)、還原性(xing)(xing)氣(qi)體介(jie)質中對酸和堿具有很高的(de)化(hua)學(xue)穩(wen)定性(xing)(xing)，尤(you)其適合(he)加工鐵系金(jin)屬(shu)。

       三、立方氮化硼的合成

       立方氮化硼單(dan)晶的合成主要采用靜(jing)態高壓觸媒(mei)法，以六方氮化硼和不同的觸媒(mei)為(wei)原料，在高溫（1400℃~1800℃）和高壓（4~8GPa）條件下合成。

       國(guo)內早期合成立方氮化(hua)硼(peng)多采(cai)(cai)用金屬(shu)鎂(mei)作為觸(chu)媒(mei)，后(hou)期則主(zhu)要采(cai)(cai)用金屬(shu)氮硼(peng)化(hua)物，如Li3N、Mg3N2、Ca3N2等。這些觸(chu)媒(mei)材料的選擇和合成條件的優化(hua)，使得立方氮化(hua)硼(peng)的顏色(se)和品質得以提升，多為淡黃色(se)、琥珀色(se)或(huo)無(wu)色(se)透明(ming)晶(jing)(jing)體(ti)，晶(jing)(jing)型完整、晶(jing)(jing)面光滑、單顆粒(li)抗壓(ya)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(liao)：

       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(dao)具材料：

       采(cai)用合(he)適粒(li)度的(de)(de)立方(fang)(fang)(fang)氮化硼(peng)單(dan)(dan)晶(jing)粉，通過高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓燒(shao)結制成聚晶(jing)立方(fang)(fang)(fang)氮化硼(peng)（PCBN）。PCBN刀具(ju)(ju)克服(fu)了單(dan)(dan)晶(jing)易解理和各(ge)向異性(xing)的(de)(de)不(bu)足，硬度均(jun)勻、沒(mei)有方(fang)(fang)(fang)向性(xing)，特別適合(he)加工鐵族金屬(shu)及其合(he)金。PCBN刀具(ju)(ju)既(ji)能(neng)(neng)勝(sheng)任(ren)淬硬鋼(gang)、高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)、鑄鐵等材(cai)料的(de)(de)粗車(che)(che)和精(jing)車(che)(che)，又能(neng)(neng)勝(sheng)任(ren)高(gao)(gao)溫合(he)金、熱噴涂材(cai)料、硬質合(he)金及其他難加工材(cai)料的(de)(de)高(gao)(gao)速(su)切削加工，是實現以車(che)(che)代(dai)磨的(de)(de)理想刀具(ju)(ju)。

       五、立方氮化(hua)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，磨料級立方氮化硼(peng)單晶(jing)產(chan)量(liang)占(zhan)全球總(zong)產(chan)量(liang)的(de)(de)60%以上。而(er)鄭州則是立方氮化硼(peng)產(chan)業集聚(ju)地，誕生了凱納精密、富(fu)耐克、中南杰特等一批(pi)行(xing)業龍頭企業。2021年，鄭州立方氮化硼(peng)聚(ju)晶(jing)產(chan)量(liang)占(zhan)全國總(zong)產(chan)量(liang)的(de)(de)80％以上，立方氮化硼(peng)單晶(jing)產(chan)量(liang)則超(chao)過70％。

       從生產(chan)規模來看，立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)硼單晶(jing)年(nian)產(chan)量(liang)國(guo)內穩定在6億克拉以上；立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)硼微(wei)粉產(chan)量(liang)隨著(zhu)精密、超精密加工及聚(ju)晶(jing)立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)硼（PCBN）穩步提高(gao)，年(nian)產(chan)1億克拉以上；立方(fang)氮(dan)(dan)化(hua)硼鍍覆產(chan)品作為派生品種年(nian)產(chan)量(liang)近(jin)1億克拉。

       據新(xin)思界產(chan)業研究(jiu)中心相關報告顯示，2022年(nian)(nian)(nian)國(guo)內立方(fang)氮(dan)(dan)化硼(peng)(peng)產(chan)量(liang)約(yue)(yue)6.7億克拉，立方(fang)氮(dan)(dan)化硼(peng)(peng)刀具(ju)市場規模(mo)達到(dao)35.8億元(yuan)(yuan)，占(zhan)超(chao)硬刀具(ju)總規模(mo)約(yue)(yue)57%。Fact.MR數(shu)據預(yu)計，2023年(nian)(nian)(nian)—2033年(nian)(nian)(nian)全球立方(fang)氮(dan)(dan)化硼(peng)(peng)全球市場將(jiang)從9.5億美元(yuan)(yuan)增(zeng)長(chang)至20億美元(yuan)(yuan)，年(nian)(nian)(nian)復合(he)增(zeng)長(chang)率(lv)7.7%。