2025年全球超硬材料行业技术发展与分析——拥抱产能，迎接创新

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本文核心观点：2025年全球超硬材料行业呈现"技术双轨竞争、应用多元拓展"的发展格局，纳米孪晶金刚石和新型超硬化合物研发成为技术制高点，行业正加速向半导体、量子计算等新兴领域转型。

从HPHT突破到纳米孪晶材料的性能跃升

超硬材料的技术发展可追溯至20时间50年代，始于高温高压合成金刚石技术的成功实现。1953年瑞典ASEA与1954年美国GE相继合成出可控的人造金刚石，开启了超硬材料工业化的先河。随后，1957年立方氮化硼问世，成为继金刚石后又一重要的超硬材料，因其出色的耐热性和对铁系材料的化学惰性，在切削和磨削领域得到了广泛的应用。进入1980年代后，化学气相沉积技术的发展推动了金刚石薄膜的低压合成，为电子器件、热管理与精密加工领域提供了更广泛的材料选择。同时，聚晶、纳米晶等微结构控制手段使金刚石和立方氮化硼材料性能得到进一步的提升。而近十年来，纳米孪晶结构技术成为突破硬度极限的关键手段，其中纳米孪晶金刚石与立方氮化硼的硬度可超过传统合成金刚石，展现出优异的综合力学性能。此外，碳-氮、硼-碳-氮等轻元素超硬化合物与异质结构材料的研发也成为新一轮热点，在计算材料学与机器学习设计的辅助下，超硬材料的发展正迈向结构可控化、功能多样化与工艺智能化的新阶段。

立方碳化硼是一种仅次于金刚石的超硬材料，最早于1957年由美国通用电器公司合成，立方碳化硼不仅硬度高，而且耐高温、抗氧化，广泛运用于钢铁加工。而合成金刚石则是最早实现工业化的超硬材料，通常采用HPHT法和CVD法进行制备，它具有极高的硬度，良好的热导率和化学稳定性，广泛运用于切削、磨削、电子器件和光学窗口等领域。

在近年来，研究者通过引入纳米孪晶结构显著提升了超硬材料的性能，纳米孪晶金刚石通过精细控制晶界结构实现超越常规金刚石的硬度，部分实现测得其维氏硬度高达180-200GPa，是目前已知最硬的人造材料之一。而纳米孪晶cBN也通过界面强化机制将其硬度提升至100GPa以上，兼具高硬度与良好的韧性和热稳定性。这两类纳米结构材料代表了超硬材料技术从单一硬度追求向“硬度+韧性”协同优化的新阶段，正成为高端制造、航空航天和极端加工领域的重要研究方向。

在2020-2025年的研究时段内，共收集到有效文献1758篇。其中，关于金刚石的文献为1078篇，关于立方氮化硼的文献为687篇。数据显示，金刚石领域的研究热度显著高于立方氮化硼，文献数量约为后者的两倍，反映了其在学术界和工业界更广泛的关注度。

HPHT/CVD双轨发展与新型超硬化合物突破

超硬材料行业的核心技术主要集中与材料合成工艺、结构优化手段及多功能复合化这三个方面。首先，在合成技术方面，HPHT与CVD是两大主流技术路线，分别适用于工业级和高纯度金刚石的制备。前者强调产量与成本控制，后者则在电子、光学和高端刀具领域有着独特优势。其次，结构调控技术成为性能提升的关键，包括聚晶、纳米晶和纳米孪晶结构的构建，特别是纳米孪晶金刚石和cBN通过界面强化显著提升材料的强度与韧性，突破了传统材料性能瓶颈。此外，异质复合结构和新型超硬相的研究也在快速推进，材料计算与智能设计技术在新材料预测和工艺优化中的运用也在逐渐增强。整体来看，行业核心技术正向“高强高韧多能低本”的方向协同演进，支撑超硬材料在航空航天、精密加工、电子器件等领域的深度拓展。

从发展趋势上来说，技术上的主要方向主要在CVD技术朝着更大尺寸、更高质量和更低成本的方向发展，特别是在单晶金刚石的制备上。同时，新型非常规合成方法(如液相法、微波等离子体法)也开始涌现。

除了传统的切削工具和磨料，金刚石在半导体、量子计算、高功率光学和水处理等新兴领域的应用研究正在快速增长，成为新的研究前沿。而PCBN(聚晶立方氮化硼)和金刚石涂层硬质合金等复合材料的研究依然是热点，旨在结合不同材料的优点，满足更苛刻的工况需求。

中国产业化与欧美技术领先

在装备与生产规模方面，虽然欧美等国家仍在高压设备、HPHT/CVD工艺稳定性和大尺寸生产方面仍有领先，但中国正在快速缩小差距。而在nt-cBN与nt-金刚石的领域，国外成果相对更为显著，但中国也在2025年由燕山大学的院士团队得到了新的突破。而在智能筛选与预测方面，中国仅在数据质量与原型验证等问题上略有不足。但在供应链与原材料方面，中国具有强大的全球竞争力，但由于供应链集中的缘故，可能面临一定的低端产品出口受限的风险。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国超硬材料行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》

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