中國粉體網訊 氮化硼是一種性能優(yōu)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(yè)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(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(yè)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(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轉變?yōu)閏BN，當時采用的反應溫度和壓力分別為1500℃和6GPa。為了適應工業(yè)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(wěn)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(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(yè)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(yè)鏈條。部分氮化硼生產企業(yè)及生產情況如下：
現(xiàn)階段，中國六方氮化硼生產企業(yè)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(fā)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(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優(yōu)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(yè)內還存在著其它中小型企業(yè)，這部分企業(yè)的生產加工技術有限，生產規(guī)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(yè)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(yè)數(shù)量眾多。從分布區(qū)域來看，國內立方氮化硼產能集中分布在華中區(qū)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(yè)基地以及鄭州三磨所、機械研究所等多數(shù)研究機構。在政策方面，2022年河南省政府發(fā)布的《河南省加快材料產業(yè)優(yōu)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(fā)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(yè)數(shù)量不斷增加，產量不斷提升。
我國聚晶立方氮化硼生產企業(yè)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(yè)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(yè)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(yè)變革的機遇，氮化硼產業(yè)也將進入跨越發(fā)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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