材料的迭代，是現(xiàn)代科技進(jìn)步的關(guān)鍵動(dòng)力。硬度是材料最重要、最基本的性能指標(biāo)之一。未來，展開人類科技樹的一定是更硬的材料，包括地質(zhì)鉆探、航空航天、高端裝備等領(lǐng)域。作為超硬材料領(lǐng)域的兩大扛把子，金剛石和立方氮化硼（c-BN）有互補(bǔ)優(yōu)勢，共同構(gòu)筑了現(xiàn)代超硬材料體系。[1]

       其中，立方氮化硼是一種性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)多樣的無機(jī)材料，應(yīng)用極為廣泛，在硬科技領(lǐng)域也有它的身影，甚至有望成為下一代半導(dǎo)體材料。

       本文是“果殼硬科技”策劃的“國產(chǎn)替代”系列第二十五篇文章，關(guān)注立方氮化硼。在本文中，你將了解到：不同結(jié)構(gòu)的氮化硼及其性質(zhì)，不同結(jié)構(gòu)的氮化硼能做什么，氮化硼的市場現(xiàn)狀。

       立方氮化硼與金剛石能并立超硬材料之列，并非偶然，二者有相似之處。

       超硬材料的另一對“表兄弟”

       在超硬材料領(lǐng)域，如果說金剛石與石墨是一對碳的不同晶型的“表兄弟”，立方氮化硼和六方氮化硼則是另一對“表兄弟”。

       氮化硼（BN）是由硼和氮構(gòu)成的Ⅲ-Ⅴ族二元化合物，其晶體結(jié)構(gòu)大多與碳同構(gòu)[2]，具有sp3雜化的立方氮化硼（c-BN）和纖鋅礦氮化硼（w-BN），sp2雜化的六方氮化硼（h-BN）和菱方氮化硼（r-BN）四種主要晶型。此外，制備過程中，它也有無定形氮化硼（a-BN）和亂層結(jié)構(gòu)氮化硼（t-BN）等存在形式。[3]

氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)[4]，果殼硬科技譯注

       學(xué)界和工業(yè)界上，獲關(guān)注和應(yīng)用最多當(dāng)屬立方氮化硼（c-BN）和六方氮化硼（h-BN）[5]，兩種晶體結(jié)構(gòu)材料可類比相應(yīng)的碳材料。

       立方氮化硼具有類似金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，是與金剛石齊名的超硬材料之一；而六方氮化硼具有與石墨類似層狀晶體結(jié)構(gòu)，且顏色呈現(xiàn)象牙白色，常被稱為“白石墨”。

       人造金剛石早期制備多在高溫高壓條件下，促使石墨發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變[6]，與此同時(shí)不同溫度和壓強(qiáng)下，金剛石和石墨能夠相轉(zhuǎn)變[7]。立方氮化硼與六方氮化硼關(guān)系類似，雖然二者的相對穩(wěn)定性，歷史一直存在爭議[8]，但普遍來說，六方氮化硼是制備立方氮化硼的主要原料。

       每年，國內(nèi)立方氮化硼產(chǎn)業(yè)要消耗400噸以上六方氮化硼[9]。因此，想要理順立方氮化硼產(chǎn)業(yè)，也要明白六方氮化硼。

       立方氮化硼（c-BN）

       立方氮化硼是全能型選手，在機(jī)械、熱學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)方面均擁有優(yōu)異性能。其硬度為5000kg/mm2（顯微維氏硬度70Gpa），且硬度隨尺寸減小急劇上升，被廣泛應(yīng)用于超硬材料加工、刀具、耐磨材料；熱導(dǎo)率為1300W·m-1·K-1，擁有與Si、GaAs接近的熱膨脹系數(shù)，使之能夠成為很好的熱沉材料[10]；此外，立方氮化硼可通過摻雜獲得n型或p型半導(dǎo)體材料，性能參數(shù)極高（6.4eV超寬帶隙、ε0=7.1低介電常數(shù)、8MV·cm-1高擊穿場強(qiáng)），同時(shí)它擁有比金剛石更好的熱穩(wěn)定性及高溫化學(xué)惰性，在高溫、高功率、高頻電子設(shè)備和光學(xué)裝置方面擁有不錯(cuò)的前景。[11]

立方氮化硼主要性能對應(yīng)的應(yīng)用，制表丨果殼硬科技

參考資料丨《立方氮化硼復(fù)合材料高溫高壓制備及性能研究》[12]

       與金剛石不同，早年人們普遍認(rèn)為不存在天然的立方氮化硼，1957年立方氮化硼在高溫高壓條件下被首次合成[13]，將近五十年時(shí)間里人類都沒有發(fā)現(xiàn)天然形成的立方氮化硼。直到2009年，中、美、德地質(zhì)學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)，在中國青藏高原南部山區(qū)地下約306公里深處古海洋地殼的富鉻巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)此種礦物，此處呈現(xiàn)天然的高溫高壓狀態(tài)，大約1300℃、118430個(gè)大氣壓，因而形成了這種晶體。[14]

       正因形成立方氮化硼所需的高溫高壓環(huán)境極為苛刻，所以合成是它產(chǎn)業(yè)化的重大難題。通常來說，合成立方氮化硼需要極高的壓力（3GPa～8GPa）、極高的溫度（800℃~2000℃）和較長的時(shí)間（幾小時(shí)到幾天）[15]。但與之相悖的是，高溫高壓合成法設(shè)備復(fù)雜、成本高，且成品均為顆粒狀[16]。此外，高壓環(huán)境抑制晶粒生長，導(dǎo)致單晶尺寸普遍較小，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。[17]

       迄今為止，立方氮化硼合成方法包括高溫高壓法（包括靜態(tài)高壓觸媒法和沖擊壓縮法）、氣相沉積法（CVD和PVD）、水熱法、苯熱法和激光誘導(dǎo)還原法等[12]，靜態(tài)觸媒法高溫高壓合成仍是制備立方氮化硼晶體主要方法，合成效率低、合成成本高。

立方氮化硼的制備方法，制表丨果殼硬科技

參考資料丨粉體圈[18]，《優(yōu)質(zhì)粗顆粒立方氮化硼單晶的合成工藝與機(jī)理研究》[19]

       立方氮化硼與金剛石的歷史是兩條平行線。人類首次合成立方氮化硼發(fā)生在首次合成金剛石的一年后（1957年），合成立方氮化硼的GE研究員也與合成金剛石的團(tuán)隊(duì)身處同一實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)時(shí)使用的最低壓力和溫度為6.2GPa和1350°C[20]。而后，為適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)，學(xué)界和業(yè)界探索使用各種堿金屬、堿土金屬、氟化物、金屬氮化物和硼酸銨鹽等催化劑降低反應(yīng)壓力和溫度。[21]

立方氮化硼合成技術(shù)主要變遷，制表丨果殼硬科技

參考資料丨《鑄造技術(shù)》[22]

       諸多實(shí)驗(yàn)表明，立方氮化硼的原料六方氮化硼的特性影響著其制備，包括有序度、顆粒度、雜質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)等因素，只有當(dāng)六方氮化硼晶粒度越小、雜質(zhì)越少越有利于立方氮化硼成核生長。[23]

       六方氮化硼（h-BN）

       六方氮化硼與石墨互為等電子體，因此二者性質(zhì)極為相似，包括高熱導(dǎo)率、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、良好熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性等[24]。但與石墨不同，石墨中C—C鍵是純共價(jià)鍵，六方氮化硼共價(jià)鍵部分為離子鍵，使得B—N鍵更強(qiáng)，更難斷裂，此外，六方氮化硼特殊的晶體結(jié)構(gòu)使其化學(xué)惰性更強(qiáng)。[25]

       具體來說，六方氮化硼面內(nèi)機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到500N/m；空氣中抗氧化溫度為800℃~900℃，真空條件下抗氧化溫度可達(dá)2000℃，熔點(diǎn)高達(dá)3000℃[26]，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)600W·m-1·K-1，其中六方氮化硼納米片（BNNSs）理論計(jì)算熱導(dǎo)率高達(dá)1700~2000W·m-1·K-1；禁帶寬度為5~6eV、擊穿場強(qiáng)達(dá)35kV/mm。[27]

       六方氮化硼能站在聚光燈下，除了其自身優(yōu)秀的性能參數(shù)以外，石墨烯無疑是它的“貴人”。自從2004年石墨烯從裂解石墨中被機(jī)械剝離出來，二維材料就引發(fā)廣泛關(guān)注[28]，六方氮化硼是繼石墨烯后又一流行二維材料。

       二維材料獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)使其擁有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)、大比表面積、量子霍爾響應(yīng)、帶隙可調(diào)等特性，同時(shí)在制造更小尺寸和更高速度場效應(yīng)管方面也有巨大潛力[29]。目前，六方氮化硼在能源、納米電子學(xué)、光子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、水污染處理、特殊涂層制備、氣體傳感、防腐和催化等領(lǐng)域都有廣闊應(yīng)用前景。[30][31]

       六方氮化硼的制備方法主要包括高溫法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、先驅(qū)體法、水熱或溶劑熱法4種，行業(yè)內(nèi)六方氮化硼粉體制備則按照溫度分為低溫法和高溫法[32]。在單晶制取方面，由于六方氮化硼熔點(diǎn)高，熔體法或升華法生長單晶異常困難，因此，高溫溶液法是其單晶主要制造方法。

六方氮化硼的合成方法[32]

       六方氮化硼納米材料有多種不同微觀結(jié)構(gòu)，主要包括納米片、納米管、納米纖維、納米薄膜、納米球、納米纖維等，不同結(jié)構(gòu)性能皆各有所長，被應(yīng)用在不同領(lǐng)域，同時(shí)制備條件也不盡相同。

六方氮化硼的不同形貌及制備方法[33]

       雖然六方氮化硼化學(xué)惰性和抗氧化性極強(qiáng)，但這也使其表面修飾改性難度增加 。[27]

       理想很豐滿，制備很頭疼

       高質(zhì)量材料是促進(jìn)規(guī)?；瘧?yīng)用的前提，能應(yīng)用才是關(guān)鍵。立方氮化硼并非一種新材料，為何在業(yè)界仍鮮有討論？從不同領(lǐng)域來看，它都有其特定用途，但受制于制備難，很多應(yīng)用只存在理想中。

       超硬領(lǐng)域

       所謂超硬材料，就是維氏硬度超過40Gpa的材料，一般由III、IIV、V族共鍵化合物和單質(zhì)組成，分為單晶、多晶、非晶多種。[34]

       人類文明發(fā)展與硬材料息息相關(guān)。最早，人類的祖先就開始使用石頭制造簡單的工具，并使用石頭拋磨工具，而后青銅成為了最有效的材料，5000年前，鐵充當(dāng)了這角色，直到最近兩個(gè)世紀(jì)，鉆石、陶瓷等新材料開始不斷浮現(xiàn)，廣泛用于車削、切削、鉆孔、鏜孔和磨削等工業(yè)操作。

不同磨料的參數(shù)性能[20]

       目前，立方氮化硼和金剛石已并列列入《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類（2018）》[35]。問題來了，已經(jīng)有金剛石了，為什么還要做立方氮化硼？

       事實(shí)上，從硬度上來說，立方氮化硼并不如金剛石。工業(yè)應(yīng)用中，立方氮化硼會采用為減小晶粒尺寸提升硬度，即納米化。研究表明，微米級多晶立方氮化硼維氏硬度為33GPa~45GPa，粒徑為14nm的立方氮化硼，努氏硬度硬度可達(dá)85GPa。反觀粒徑10~30nm的納米級金剛石，努氏硬度可達(dá)110Gpa~140GPa，遠(yuǎn)高于立方氮化硼。迄今為止，納米立方氮化硼最高硬度可達(dá)108GPa。[36]

       只有硬，也不能應(yīng)對所有的應(yīng)用。一方面，由于金剛石的熱穩(wěn)定性較差，在大氣中達(dá)到600°C時(shí)就發(fā)生氧化，在真空中達(dá)到1300℃~1400℃就會轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，而立方氮化硼在大氣?300℃以下不發(fā)生氧化反應(yīng)，在真空中1550℃才會向六方氮化硼轉(zhuǎn)變；另一方面，金剛石在溫度達(dá)到700℃時(shí)開始溶解于鐵或鐵合金，而立方氮化硼1150℃以下不與鐵系金屬反應(yīng)。[20]

       因此，金剛石工具只能在中等溫度下使用，也僅可加工非金屬材料及一系列有色合金，立方氮化硼的應(yīng)用便是主要填補(bǔ)金剛石這些空缺，特別適合加工各種淬硬鋼、冷硬鋼等難加工材料。[16]

       世界上不存在十全十美的材料，立方氮化硼的斷裂韌性不足金剛石的一半，同時(shí)兩種超硬材料粉體燒結(jié)性極差，結(jié)合獲得的金剛石聚晶（PCD）或立方氮化硼聚晶（PCBN）力學(xué)性能難以超過單晶本身。[37]

       因此，為了最契合應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)中會在立方氮化硼中摻入其它材料，構(gòu)成超硬復(fù)合材料，或是將立方氮化硼與金剛石合成為異構(gòu)復(fù)合塊。材料特性就擺在這里，怎么用便取決于下游應(yīng)用。

立方氮化硼與金剛石的性能對比[38]

       芯片領(lǐng)域

       立方氮化硼和六方氮化硼都可以造芯，同時(shí)也都是理想的材料。

       相比傳統(tǒng)的硅材料，立方氮化硼擁有6.4eV的超寬禁帶和極高的巴利加優(yōu)值（越高性能越好），天生就是造高功率芯片的料。不止如此，相比n型摻雜遇瓶頸的金剛石與p型摻雜困難的氧化鎵（Ga2O3）和氮化鋁（AlN），立方氮化硼可以進(jìn)行簡單的n型（S或Si）和p型（Be）摻雜，通過天然美麗的參數(shù)，它在大功率高溫電子器件極具前景。

傳統(tǒng)半導(dǎo)體、寬禁帶（WBG）和超寬禁帶（UWBG）半導(dǎo)體的巴利加優(yōu)值圖（BFOM）[39]

注：越靠近右下方區(qū)域，代表更高的BFOM，更高性能

       迄今為止，人們已采用多種物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備立方氮化硼薄膜，包括離子束輔助脈沖激光沉積（IA-PLD）、離子束沉積（IBD）、離子鍍（IP）、襯底偏壓調(diào)制濺射（SB-sputtering）和等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（PACVD）等[40]，襯底材料選用了Si、WC、TiC、TiN、Ni、Al、Cu、Ag、SiC、Ta、Mo、石英、不銹鋼、金剛石等諸多材料。[41]

制備 c-BN 晶體和外延生長 c-BN 薄膜的發(fā)展歷程[39]

       雖然人們對新材料寄予厚望，但可惜的是，制備立方氮化硼很難。

       首先，氮化物很難通過直拉、浮區(qū)熔融等傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模單晶制備，而立方氮化硼單晶多采用靜態(tài)高溫高壓法制備，樣品尺寸在0.5mm內(nèi)，導(dǎo)致缺乏同質(zhì)單晶襯底，多數(shù)以Si、Ni、Ti、合金、金剛石作為異質(zhì)外延，目前異質(zhì)外延仍需有多關(guān)鍵性技術(shù)問題未解決；[42]

       其次，立方氮化硼沒有簡單的制備途徑，必須采用離子轟擊輔助方法[43]，不可避免地引入空位缺陷，造成結(jié)構(gòu)破壞和壓縮應(yīng)力，從而將薄膜厚度限制在100nm~200nm；[44]

       最后，無論采用何種方法制備立方氮化硼薄膜，都存在成核和生長條件難以控制的問題。[45]

       六方氮化硼在制造更小尺寸和更高場效應(yīng)管上極具潛力，但在可控生長上，依然距離產(chǎn)業(yè)化較遠(yuǎn)。不過，研究六方氮化硼并非無用功，目前通過ISBD制備六方氮化硼單晶膜尺寸已達(dá)100μm，LPCVD生長和轉(zhuǎn)移方法的六方氮化硼薄膜已達(dá)7英寸。[42]

       具體來說，過渡金屬襯底（Cu、Ni、Fe、Au、Pt、Re、Ir、Ru等）和藍(lán)寶石介質(zhì)襯底的外延生長是六方氮化硼目前主要探索方向，前者存在自限效應(yīng)，厚度一般不超過10層，不利于在高壓大功率器件上應(yīng)用，后者弱催化活性導(dǎo)致外延生長溫度較高，未來需要探索低溫外延生長方向才有利于大規(guī)模應(yīng)用。與此同時(shí)，石墨烯、Si、Ge作為襯底的研究也正在持續(xù)進(jìn)行中。[46]

       導(dǎo)熱領(lǐng)域

       導(dǎo)熱是一個(gè)看著不起眼，卻很重要的細(xì)分領(lǐng)域。事實(shí)上，隨著電子產(chǎn)品日漸高集成化與大功率化，熱量開始聚集，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備加速老化，是時(shí)候讓芯片降降溫了。

       常規(guī)封裝多采用易加工、成本低的高分子有機(jī)材料，但它們導(dǎo)熱性較差，所以封裝通常選用介電常數(shù)小、介電損耗低、導(dǎo)熱率高的材料作為導(dǎo)熱材料，通過化學(xué)合成直接影響高分子結(jié)構(gòu)性能或?qū)⒏邔?dǎo)熱填料填充到聚合物中。[47]

       立方氮化硼和六方氮化硼都具有良好導(dǎo)熱性能，可成為新一代芯片散熱材料，也是當(dāng)前熱管理的熱門。目前來說，在導(dǎo)熱領(lǐng)域中實(shí)際應(yīng)用更多的是六方氮化硼，且大多為復(fù)合材料中的一環(huán)。

       六方氮化硼理論導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)2000W·m-1·K-1，實(shí)際使用微米片導(dǎo)熱系數(shù)普遍為600W·m-1·K-1，同時(shí)水平方向?qū)嵯禂?shù)是垂直方向的20~30倍[47]。雖然實(shí)際導(dǎo)熱數(shù)值低于石墨烯，但它作為絕緣材料，無需黏附絕緣層可直接應(yīng)用于芯片中，減少對熱流傳輸?shù)淖璧K，能最大程度發(fā)揮的導(dǎo)熱性能。[48]

六方氮化硼非共價(jià)鍵功能化及其聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能總結(jié)[49]

       立方氮化硼單晶熱導(dǎo)率可高至1300W·m-1·K-1，而立方氮化硼/金剛石界面室溫理論熱導(dǎo)率更是能夠達(dá)到Si/金剛石界面的10倍[50]，因此是理想的導(dǎo)熱材料。

       不過，制備依然是立方氮化硼和六方氮化硼大規(guī)模發(fā)展的制約因素，目前行業(yè)仍然缺乏高質(zhì)量、大尺寸、低成本的單晶制造技術(shù)。

       國產(chǎn)盤子大，但不精

       雖然立方氮化硼在未來極具前景，但現(xiàn)有的市場規(guī)模真的說不上大，主要還是應(yīng)用在超硬領(lǐng)域。Fact.MR數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，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(fù)合增長率7.7%。[51]

       世界超硬材料看中國，中國超硬材料看河南。目前，我國已是全球最大超硬材料生產(chǎn)國，其中立方氮化硼占全球70%以上，每年45%產(chǎn)量被出口到海外市場，磨料級立方氮化硼單晶產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的60%以上。而單單鄭州市，2021年全市立方氮化硼聚晶產(chǎn)量就占全國總產(chǎn)量超過80％，立方氮化硼單晶產(chǎn)量超過70％，精密加工用超硬材料工具產(chǎn)量超過30%。[52]

       立方氮化硼在超硬材料領(lǐng)域的市場規(guī)模次于金剛石。2022年國內(nèi)立方氮化硼產(chǎn)量約6.7億克拉，立方氮化硼刀具市場規(guī)模達(dá)到35.8億元，占超硬刀具總規(guī)模約57%。[53][54]

       從生產(chǎn)規(guī)模來看， 立方氮化硼單晶年產(chǎn)量國內(nèi)穩(wěn)定在6億克拉以上；立方氮化硼微粉產(chǎn)量隨著精密、超精密加工及聚晶立方氮化硼（PCBN）穩(wěn)步提高，年產(chǎn)1億克拉以上；立方氮化硼鍍覆產(chǎn)品作為派生品種年產(chǎn)量近1億克拉。[55]

2021年超硬材料行業(yè)主要產(chǎn)品的銷售情況[53]

注：含聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼

       國產(chǎn)的繁榮并非一蹴而就。1966年11月，鄭州磨料磨具磨削研究所便成功生產(chǎn)中國第一顆立方氮化硼。此后20多年中，發(fā)展并不盡人意，產(chǎn)品品種少、品級不高、合成技術(shù)進(jìn)展緩慢，彼時(shí)國內(nèi)只有第六砂輪廠、哈爾濱砂輪廠、天津宏坁232廠、遼寧金剛石廠、北京燕郊金剛石工業(yè)公司、鄭州磨料磨具磨削研究所等。此后，隨著國內(nèi)合成法日漸成熟，加之原料六方氮化硼價(jià)格下降，立方氮化硼整體成本隨之下降，國產(chǎn)得到極大發(fā)展。[55]

       六面頂壓機(jī)也是促成我國立方氮化硼發(fā)展的重要因素。1965年，鄭州磨料磨具磨削研究所自主研發(fā)我國第一臺人造金剛石合成設(shè)備六面頂壓機(jī)，并投產(chǎn)使用，其生產(chǎn)效率較國外研發(fā)兩面頂壓機(jī)提高近20倍。目前，元素六（Element Six）、日本住友電工、韓國 ILJIN公司等國際知名企業(yè)均陸續(xù)購買中國生產(chǎn)的大型六面頂壓機(jī)替代原有的兩面頂壓機(jī)。[56]

國產(chǎn)立方氮化硼主要發(fā)展事件，制表丨果殼硬科技

參考資料丨《中原工學(xué)院學(xué)報(bào)》[55]

       現(xiàn)如今，國內(nèi)立方氮化硼行業(yè)龍頭企業(yè)就有三家以上，包括河南富耐克、中南杰特、河南飛孟、鄭州沈發(fā)、開封貝斯科、信陽德隆等。不止如此，如今國內(nèi)的能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品品種已多于國外公司，如果算上派生產(chǎn)品或定制產(chǎn)品會更多。[55]

幾個(gè)生產(chǎn)廠家 CBN 基本產(chǎn)品系列[55]

       雖然市場一片繁榮，但國內(nèi)產(chǎn)品仍然集中在中低端，無法生產(chǎn)高端制品所需的50目以上的高品質(zhì)立方氮化硼單晶，很大一部分依賴進(jìn)口，產(chǎn)品單價(jià)和附加值高的超硬復(fù)合材料主要由DI、元素六、日本住友、韓國日進(jìn)等公司所控制。與此同時(shí)，從產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域市場銷售量、產(chǎn)品質(zhì)量水平上相比，國內(nèi)也存在一定差距。[57]

       此外，從細(xì)分市場來看，復(fù)合式焊接立方氮化硼刀具全球主要廠商為元素六、DI、MegaDiamond、住友、日進(jìn)等企業(yè)，聚晶立方氮化硼刀具領(lǐng)域河南企業(yè)則在全球具備明顯優(yōu)勢。[58]

       未來，納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼會是極具潛力的超級刀具材料，有望用于我國工業(yè)界；我國超高壓技術(shù)包括一級壓腔和二級壓腔技術(shù)進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)條件下使六方氮化硼直接向立方氮化硼轉(zhuǎn)化成為可能；此外，立方氮化硼薄膜合成、爆炸合成法、水熱合成法會是我國未來重點(diǎn)發(fā)展新技術(shù)路徑。[55]

       專利角度來看，以立方氮化硼為關(guān)鍵詞，在170個(gè)國家/地區(qū)中，共搜索出4764條專利，專利價(jià)值共計(jì)141,305,600 (美元)。日本以36.47%位居第一，中國以21.71%位列第二， 其次是美國、英國、南非，分別占據(jù)20.23%、3.27%、3.21%。

立方氮化硼專利國家分布情況，圖源丨智慧芽

       住友電工、通用電氣、三菱、元素六、昭和電工、DIAMOND公司是立方氮化硼領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，專利建設(shè)極為深厚，而中南杰特、富耐克兩家國內(nèi)公司專利申請量位列前十以內(nèi)。

立方氮化硼專利申請人情況，圖源丨智慧芽

       從五局流向圖來看，國內(nèi)立方氮化硼專利缺乏專利出海，反觀美國、日本相關(guān)專利出海情況較為良好。

       國內(nèi)高校方面，吉林大學(xué)、河海大學(xué)、中原工學(xué)院、南京航空航天大學(xué)、燕山大學(xué)、天津大學(xué)、河南理工大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)、山東建筑大學(xué)等均有相關(guān)專利儲備。

立方氮化硼五局流向圖，圖源丨智慧芽

       生產(chǎn)立方氮化硼的原料六方氮化硼也不是一個(gè)大規(guī)模的市場。Mordor Intelligence數(shù)據(jù)顯示，2018年~2028年六方氮化硼市場將從8.1億美元增長至10.4億美元，年復(fù)合增長率4.94%。[59]

       具體來說，美國是六方氮化硼是全球主要市場，2020年規(guī)模達(dá)2億美元。我國則對六方氮化硼需求量逐年攀升，預(yù)計(jì)2025年國內(nèi)市場規(guī)?？蛇_(dá)1.5億美元。全球六角氮化硼市場生產(chǎn)企業(yè)有3M公司、American Elements、HC Starck GmbH、Denka、Hoganas AB、Kennametal等。[60]

       專利角度來看，以六方氮化硼為關(guān)鍵詞，在170個(gè)國家/地區(qū)中，共搜索出5759條專利，專利價(jià)值共計(jì)174,840,300 （美元）。中國以35.39%位居第一，日本以20.46%位列第二， 其次是美國、德國、韓國，分別占據(jù)17.72%、5.57%、4.07%。

六方氮化硼專利國家分布情況，圖源丨智慧芽

       日本電化、通用電氣、昭和電工、3M、德山曹達(dá)、杜邦、三星電子、元素六等公司是六方氮化硼領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，專利建設(shè)極為深厚，富耐克、中南杰特等國內(nèi)公司也建立了深厚的專利墻。

六方氮化硼專利申請人情況，圖源丨智慧芽

       從五局流向圖來看，國內(nèi)六方氮化硼專利同樣缺乏專利出海，反觀美國、日本相關(guān)專利出海情況較為良好。

       國內(nèi)高校方面，吉林大學(xué)、江蘇大學(xué)、廈門大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、山東大學(xué)、上海交大、清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、河海大學(xué)、武漢工程大學(xué)、沈陽大學(xué)、四川大學(xué)、北京科技大學(xué)、中山大學(xué)、陜西科技大學(xué)等均有相關(guān)專利儲備。

六方氮化硼五局流向圖，圖源丨智慧芽

       僅從名字來看，很少有人能明白立方氮化硼指代的什么，更是難以引起市場的注意，但它是不折不扣的潛力股，除了超硬材料領(lǐng)域，也正準(zhǔn)備邁入更多行業(yè)。