立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，簡稱CBN），是一種人工合成的超硬材料。1957年，美國GE公司研究人員采用人工方法，在超高溫高壓條件下*合成了立方氮化硼。1966年，中國成功合成出*顆立方氮化硼（CBN）。但天然的立方氮化硼一直未被發現，因此立方氮化硼被認為是一種人工合成產物，在自然界中不存在。
直到2009年，美國科學家和來自中國、德國科研機構的同行一起，在中國青藏高原古海洋地殼的富鉻巖內找到了這種礦物。2013年8月，國際礦物學協會正式承認了這種新的礦物——立方氮化硼。
一、立方氮化硼的結構
立方氮化硼原子結構與金剛石中的碳原子結構高度相似，因此具有高密度和極高的硬度。CBN是由氮原子和硼原子所構成的化合物，化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮。從晶體結構上看，立方氮化硼由B原子組成的面心立方晶格和N原子組成的面心立方晶格沿對角線錯開1/4組成，這使得其晶體結構與金剛石相近，晶格系數也相當接近（金剛石為0.3567nm，立方氮化硼為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、導熱性強：立方氮化硼具有良好的導熱性，其導熱系數為79.54w/m?k，雖然低于金剛石，但遠高于高速鋼、硬質合金及其他陶瓷材料，有助于在高速切削過程中保持刀具的穩定性。3、熱穩定性高：立方氮化硼的熱穩定性優于人造金剛石，可承受1200℃以上的切削溫度，這使得它在高溫加工環境中表現出色。
4、化學穩定性高：立方氮化硼的化學惰性大，在中性、還原性氣體介質中對酸和堿具有很高的化學穩定性，尤其適合加工鐵系金屬。
三、立方氮化硼的合成
立方氮化硼單晶的合成主要采用靜態高壓觸媒法，以六方氮化硼和不同的觸媒為原料，在高溫（1400℃~1800℃）和高壓（4~8GPa）條件下合成。
國內早期合成立方氮化硼多采用金屬鎂作為觸媒，后期則主要采用金屬氮硼化物，如Li3N、Mg3N2、Ca3N2等。這些觸媒材料的選擇和合成條件的優化，使得立方氮化硼的顏色和品質得以提升，多為淡黃色、琥珀色或無色透明晶體，晶型完整、晶面光滑、單顆粒抗壓強度較高。
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、用作刀具材料：
采用合適粒度的立方氮化硼單晶粉，通過高溫高壓燒結制成聚晶立方氮化硼（PCBN）。PCBN刀具克服了單晶易解理和各向異性的不足，硬度均勻、沒有方向性，特別適合加工鐵族金屬及其合金。PCBN刀具既能勝任淬硬鋼、高速鋼、鑄鐵等材料的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質合金及其他難加工材料的高速切削加工，是實現以車代磨的理想刀具。
五、立方氮化硼市場規模
目前，我國是全球*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，磨料級立方氮化硼單晶產量占全球總產量的60%以上。而鄭州則是立方氮化硼產業集聚地，誕生了凱納精密、富耐克、中南杰特等一批行業龍頭企業。2021年，鄭州立方氮化硼聚晶產量占全國總產量的80％以上，立方氮化硼單晶產量則超過70％。
從生產規模來看，立方氮化硼單晶年產量國內穩定在6億克拉以上；立方氮化硼微粉產量隨著精密、超精密加工及聚晶立方氮化硼（PCBN）穩步提高，年產1億克拉以上；立方氮化硼鍍覆產品作為派生品種年產量近1億克拉。
據新思界產業研究中心相關報告顯示，2022年國內立方氮化硼產量約6.7億克拉，立方氮化硼刀具市場規模達到35.8億元，占超硬刀具總規模約57%。Fact.MR數據預計，2023年—2033年全球立方氮化硼全球市場將從9.5億美元增長至20億美元，年復合增長率7.7%。
本站部分文章系轉載，不代表中國硬質合金商務網的觀點。中國硬質合金商務網對其文字、圖片與其他內容的真實性、及時性、完整性和準確性以及其權利屬性均不作任何保證和承諾，請讀者和相關方自行核實。據此投資，風險自擔。如稿件版權單位或個人不愿在本網發布，請在兩周內來電或來函與本網聯系。
