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有机无机

2024年中国立方氮化硼行业发展概况、前景研究分析及发展趋势预测

 

报告发布方:中金企信国际咨询《单项冠军市场占有率-立方氮化硼市场占有率认证报告(2024版)

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1)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。

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。

2)行业发展历程

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,据中国机床工具工业协会超硬材料分会统计,我国立方氮化硼产量占全球市场70%以上。

3)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。

 

数据整理:中金企信国际咨询

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,并且可以根据需求定制产品。

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。

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。

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