2022年立方氮化硼行业细分应用市场需求规模研究预测及投资战略规划指导可行性分析

（1）超硬材料简介：超硬材料主要是指立方氮化硼和金刚石以及以该两种材料为主要成分的复合材料等具有超高硬度材料的总称，具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能，是目前世界上已知的最硬的材料之一，冠以“工业牙齿”或“材料之王”之称。

超硬材料包括单晶超硬材料和聚晶超硬材料。单晶超硬材料主要以单晶颗粒或尺寸更小的单晶颗粒即微粉的形态存在，主要作为磨料、超硬复合材料以及其他超硬材料制品的原料，例如涂镀在锯片等切削工具外层增加耐磨性和硬度。聚晶超硬材料是由单晶超硬材料微粉与粘结剂通过超高压高温处理得到的超硬复合材料，其不仅具有单晶超硬材料所固有的卓越性能，还具有各向同性的优点以及在生产制造中的一些优良特性，更易于加工成各种超硬刀具和超硬工具等产品。

超硬材料行业的中下游超硬材料制品具有高效、节能、寿命长、绿色环保的突出特点，是替代高耗能、重污染、资源性的传统切磨抛工具的绝佳选择，其效率和寿命优于传统工具，已越来越广泛地应用于汽车零部件、消费类电子产品、航空、机械、齿轮、轴承、空调压缩机等核心部件切磨削的高端装备制造领域。

中金企信国际咨询公布的《中国超硬材料行业市场深度调研及投资规划指导可行性预测报告（2022版）》

（2）立方氮化硼简介：立方氮化硼是氮与硼的化合物，是以六方晶系的六方氮化硼为原料，在约5-7GPa高压及1,500℃-1,800℃高温下合成的具备高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性的新型超硬材料。相较于金刚石，立方氮化硼对铁族金属元素有较大的化学惰性，是目前已知的加工黑色金属较为理想的高效、节能环保材料。

与金刚石各项性能对比，立方氮化硼除硬度略次于金刚石外，具备比金刚石更良好的热稳定性、化学惰性及透红外性等性能，这使得立方氮化硼材料及制品在加工黑色金属方面具有显著的优越性；且其导热系数随加工件温度的提高而增加，良好的导热性使加工过程中短时间内产生的热量迅速散失，有利于降低加工温度，有效减少工具磨损。立方氮化硼材料及制品的推广和使用拓宽了黑色金属的加工空间，使机械加工在高效、节能、高精及数控化等方面登上了一个新的台阶。

目前，我国立方氮化硼材料及制品主要应用于机械加工领域，包括磨削工具和切削工具等，磨削工具主要为立方氮化硼磨料生产的磨具制品，切削工具主要为立方氮化硼刀具。

①立方氮化硼磨料：磨料是指在磨削加工过程中起磨削作用的硬质材料的总称，主要用于制作磨具，也可作为产品直接用于研磨、抛光，磨具主要包括砂轮、砂布和砂纸等。按硬度不同，磨料可分为超硬磨料和普通磨料，其中超硬磨料主要为立方氮化硼磨料和金刚石磨料；普通磨料主要包括刚玉和碳化硅。不同磨料的比较情况如下表所示：

由上述数据对比可以看出，立方氮化硼磨料的硬度远高于普通磨料，磨削能力更强、更锋利、更耐磨；立方氮化硼的抗压强度很高，在恶劣的条件下使用时仍能保持颗粒完整而不易破碎；立方氮化硼有很好的导热性，在磨削时可避免高温对工件造成损伤，使工件能保持良好的热塑性。

立方氮化硼砂轮具有高速度、高效率、高精度的特点，大余量粗精磨可实现一次完成。在高速、高效、高精度磨削已成为当今磨加工技术发展方向和主流的背景下，立方氮化硼磨具凭借其优异性能，应用领域不断拓宽，已从难磨金属材料的加工推广到普通金属材料的加工，在新能源汽车、石油、页岩气、精密电子、电器等行业中逐步推广应用，呈现逐步取代普通磨具的趋势。

②立方氮化硼刀具：立方氮化硼刀具主要由聚晶立方氮化硼制成，聚晶立方氮化硼是由立方氮化硼作为主要原材料与结合剂在高温（1,200-2,00℃）超高压（4.5-9.0GPa）条件下烧结而成的聚晶体。目前，行业内习惯将聚晶立方氮化硼和聚晶立方氮化硼复合片统称为PCBN。

随着产业升级与技术进步，以立方氮化硼和金刚石为主要原材料的超硬材料刀具开始广泛应用于工业加工。相较于硬质合金刀具和陶瓷刀具，超硬材料刀具整体技术含量更高，生产工艺更为复杂，切削性能更为卓越。不同材料刀具的比较情况如下表所示：

由上述数据对比可以看出，PCBN刀具具有很高的硬度、耐磨性和化学稳定性，其在高速切削、干式切削、硬态切削等现代切削加工中表现出良好的切削性能，是目前性能最优异的绿色刀具材料之一。

随着我国高端制造、精密制造和新材料行业持续稳步发展，以高精度、高效率、高可靠性为特点的立方氮化硼刀具已成为现代制造体系中的关键执行部件，广泛应用于数控机床、多用途机床、自动化机床、专用高速机床、或以柔性生产单元和柔性生产系统为基础的自动化生产。随着我国汽车、航空航天工业以及数控机床、加工中心的使用和发展，PCBN刀具的应用必将有跨越式的发展。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国立方氮化硼市场竞争格局分析及投资战略研究可行性报告》

（3）行业发展历程：20世纪50年代，美国通用电气公司（GE）先后成功研制出世界上第一颗人造金刚石和人工合成立方氮化硼，从而开启了超硬材料的工业化应用。20世纪60年代，美国利用人造金刚石微粉和立方氮化硼微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块状物作为刀具材料，以聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼为材料的超硬刀具率先在欧美发达国家实现产业化并普及替代传统硬质合金刀具。

我国第一颗立方氮化硼于1966年由郑州磨料磨具磨削研究所采用静态高压触媒法成功合成，开启了我国立方氮化硼行业国产化的征程。从20世纪60年代中期至20世纪80年代中期，是我国立方氮化硼行业发展的缓慢期，主要因为当时我国基础工业薄弱、机械工业落后，加之立方氮化硼合成技术稳定性受限，20年间全国立方氮化硼总产量不足百万克拉，产量及应用水平与国外差距明显。

从80年代中期到90年代中期，我国立方氮化硼行业进入发展活跃期，主要由于改革开放后，我国汽车、航空航天、机械电子、微电子等工业的快速发展，给立方氮化硼行业的发展注入了新的活力，且这一时期我国对外技术交流开始活跃，与日本、美国、前苏联等国家技术交流频繁，国内立方氮化硼合成技术有了突破性进展，为立方氮化硼规模化生产奠定了良好的技术基础。

自20世纪90年代起，伴随着中国制造产业在全球的崛起，我国汽车制造、航天航空、电子信息、页岩气开发等产业以及机床、工具等行业的快速发展，带动了我国超硬材料及制品的发展。国内众多科研机构和厂商经过数十年的技术攻关，通过发展拥有自主知识产权的、不同于发达国家的、独特的“六面顶”压机设备，不断提高材料配方技术及六面顶合成控制技术。在2006年前后，我国立方氮化硼生产技术、设备及产品性能质量取得关键性的突破，生产成本大幅度下降，部分产品及工艺技术达到甚至超过国际先进水平，国产立方氮化硼磨料及刀具、砂轮的性价比比国外同类产品优势显现，超硬磨料和超硬刀具、砂轮对普通磨料和普通刀具、砂轮的替代效应明显，立方氮化硼产品的产量持续增长。截至目前，我国在立方氮化硼单晶磨料方面无论从合成技术、产品品种、生产能力，还是在生产量、市场占比等方面，都已成为立方氮化硼大国，我国立方氮化硼产量占全球市场70%以上。

中金企信国际咨询公布的《全球及中国超硬刀具行业全产业链市场专项调查研究及投资战略可行性报告（2022版）》

（4）细分行业发展现状：

①我国立方氮化硼磨料的发展现状：

A、立方氮化硼磨料产能持续增加：2012年之前，国内立方氮化硼的开发和应用尚处于成长阶段，主要原因是立方氮化硼磨料作为一种新材料，客户对其认知度不高，市场推广较为缓慢，并且立方氮化硼磨料合成技术门槛高，制约了其磨料市场的发展。2012年后，随着立方氮化硼磨具在汽车、航空航天、轴承、齿轮等领域的应用，其优异的加工特性及稳定性得到了机械加工行业的认可，立方氮化硼磨料的核心生产技术也取得了较大的突破，立方氮化硼磨料产业进入了一个快速发展时期。

B、立方氮化硼磨料品质不断提高：我国立方氮化硼磨料在产能方面稳步增长的同时，立方氮化硼磨料的品质也在不断提升。从十多年前的模仿到如今的自主研发、掌握核心技术，我国立方氮化硼磨料的品质取得了跨越式的发展。目前，我国立方氮化硼生产厂商已具备多种类型、不同规格型号产品的供应能力，并且可以根据客户的需求定制产品。具体体现在：

第一，产品种类齐全。近年来行业内公司相继开发了多种立方氮化硼磨料产品，使立方氮化硼磨料规格品种不断增加，切削性能更加优良，应用范围更加广泛。以富耐克为例，公司相关基本品种和细分系列已多于国外公司，公司生产的CBN880热稳定性好，破碎强度高，兼顾了磨削效率和寿命，通常应用于汽车行业零部件的精加工；CBN980为截断四面体形貌，具有特殊锋利锐角，自锐性优异，适用性强，使用寿命长，被广泛应用于航空航天材料的超精加工。

第二，自主创新的触媒体系。合成立方氮化硼的触媒种类繁多，不同触媒有其对应的合成工艺，形成的成品也有颜色、硬度之分。20世纪90年代中期，国内较注重开展对氮硼化物复合触媒的研发工作，合成出了晶形较好、强度较高的琥珀色立方氮化硼，后续针对国际市场需求，开发出了适合黑色、棕色立方氮化硼晶体合成的触媒体系。目前，行业内主要参与者已形成颜色有浅黄、黄、桔红、棕色和黑色，韧性由脆性、中等韧性到高韧性的立方氮化硼系列触媒体系。

第三，合成工艺优化。通过组装结构优化，减小腔体内温度、压力梯度，生长密度均匀，单位体积生长立方氮化硼最好水平可达到5ct/cc；一些高产立方氮化硼品种的转化率达到70%。同时，合成工艺也更加多样化，从粒度看，有大颗粒立方氮化硼合成工艺、粗颗粒合成工艺、细颗粒合成工艺；以韧性看，有高韧性合成工艺、脆性合成工艺；以晶形看，有等积形合成工艺、片状合成工艺等。

我国立方氮化硼磨料产业经过近50多年的发展，取得令人瞩目的成就，目前我国立方氮化硼单晶磨料无论从合成技术、产品品种、生产能力还是在生产量等诸多方面，都已成为世界生产大国和生产强国。

C、立方氮化硼磨料应用领域不断扩大：由于立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效地提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，进而提高了零件的疲劳强度，延长了使用寿命，增加了可靠性。并且立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面优于普通磨料，所以，扩大立方氮化硼磨料磨具的生产和应用是机械工业发展的必然趋势。

由于立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，加之砂带磨削时磨削力小、磨削温度低、磨削比高、化学稳定性好等优势，适合对硬度和韧性较高的铁基合金的加工，如钒钛合金钢等特种高速钢刀具的刃磨粗磨加工；耐热钢（钛合金、镍基合金、钴基合金）、不锈钢和高硬度的合金结构钢制成的精密零件的精磨和终磨；因其具有磨削力小、磨削温度低的特点，是钛合金磨加工的理想磨具；因不引起机床导轨的变形，更适用于机床导轨、仪表和微型轴承零件的精磨和终磨、复杂型面工件（插齿刀，高精度齿轮，叶片等）的加工；其他淬火工具钢的精磨及对局部热应力和热冲击敏感的各种材料零件的磨削。

②我国立方氮化硼刀具的发展现状：随着我国工业的不断快速发展，机械加工工件的结构愈发复杂，加工技术进入“高速、高效、复合、环保”的发展新阶段。同时，不断涌现的难加工材料如硬质金属、陶瓷、复合材料等，对加工刀具的性能提出了更高的要求，这也促使国内相关厂商在超硬刀具领域加大了相应资金投入和技术研发力度。作为超硬刀具领域之一的立方氮化硼刀具，具有高速、高效和高精切削加工的优异性能，且在对铁族黑色金属材料领域进行切削加工时，有着金刚石刀具难以比拟的独特优势，立方氮化硼刀具替代硬质合金等普通刀具的发展趋势已不可逆转。

A、立方氮化硼刀具总体市场规模不断扩大：近年来，国家陆续推出了《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《中国制造2025》等政策文件，大力鼓励发展高端装备和新材料行业，积极推动我国先进制造技术及工具设备的快速发展。在国家政策的支持下，超硬刀具行业正迎来历史性的战略发展机遇，2021年中国超硬刀具市场规模57.80亿元，其中PCBN刀具占据主导地位，2021年PCBN刀具市场规模为33.00亿元，占比为57.00%左右；金刚石刀具市场规模为24.80亿元。

“十三五”规划之后，我国制造业逐渐向高端制造、先进加工领域前进。2017年随着中国经济供给侧结构性改革工作的深化，中国机床工具消费市场呈现明显的恢复性增长态势，机床消费市场呈现“总量趋稳、结构升级”的新特征，这也促进了我国切削刀具的市场结构发生着持续的变化，以立方氮化硼刀具为代表的超硬刀具将逐渐替代原硬质合金、陶瓷切削刀具市场份额。

B、立方氮化硼刀具在刀具市场份额持续攀升：2019年《第四届切削刀具用户调查分析报告》中统计显示，截至2018年底，国内机械加工行业硬质合金切削刀具市场占比约53%，高速钢切削刀具占比21%，陶瓷刀具占比8%，立方氮化硼刀具占比8%，金刚石刀具占比6%。按照材料划分，各类切削刀具市场占比情况如下表所示：

纵观2002年到2018年16年间三届切削刀具用户调查分析报告数据，刀具材料的使用量由2002年的硬质合金“一枝独秀”，发展到近年的几类刀具材料的“全面开花”。虽然硬质合金材料市场份额仍占比较高，但相比往年已逐渐降低，陶瓷、立方氮化硼以及金刚石都分别有一定的份额提升。这三种材料使用量的变化与切削速度及被加工工件表面精度的提升密不可分。

C、立方氮化硼刀具下游行业发展良好，带动需求。超硬刀具作为现代机械加工必不可少的耗材之一，发挥其加工效率高、使用寿命长和加工精度高等优势，广泛应用于汽车工业、金属冶炼、航天航空、矿山机械和电子信息等产业的切削加工，推动了相关下游应用领域的革命性变革。下游产业的发展，也反之带动了立方氮化硼刀具的更新迭代，创造了新的市场需求。