PCBN（Polycrystalline Cubic Boron Nitride）焊接刀具，是以聚晶立方氮化硼作为切削刃材料，通过焊接工艺将其固定于硬质合金基体上制成的刀具。立方氮化硼（CBN）是一种人工合成的超硬材料，硬度仅次于金刚石，其晶体结构稳定，化学键强度高。PCBN 刀具继承了 CBN 的卓越性能，具备高硬度、高耐磨性，在高温环境下仍能保持良好的切削性能，热稳定性极佳，可承受高达 1000℃甚至更高的切削温度，有效避免刀具因高温软化而失效。同时，它化学惰性强，与铁系金属在高温下不易发生化学反应，大大降低了刀具的粘结磨损，适用于加工各类高硬度、高强度的黑色金属材料，如淬硬钢、铸铁等，能够实现高精度、高效率的切削加工，显著提升工件的加工质量与生产效率。
追溯至 20 世纪 50 年代，美国通用电气（GE）公司率先在高温高压条件下成功合成立方氮化硼（CBN），为 PCBN 刀具的诞生奠定基础。70 年代，前苏联、中国、美国、英国等国家相继攻克技术难题，研制出作为切削刀具的 CBN 烧结体 —— 聚晶立方氮化硼（PCBN），开启了 PCBN 刀具在切削加工领域的应用征程。起初，PCBN 刀具制造工艺复杂、成本高昂，仅应用于航空航天、军事等高端制造领域的特殊材料加工。随着材料科学与制造技术的进步，原材料制备、烧结工艺、焊接技术逐步优化，刀具成本降低，应用范围不断拓展。如今，PCBN 刀具已广泛渗透到汽车、能源、模具等众多行业，成为现代机械加工不可或缺的高效切削工具，推动着制造业向高精度、高效率、高可靠性方向迈进。
按制造方式划分，PCBN 刀具可分为整体 PCBN 烧结块刀具与焊接式 PCBN 刀具。整体 PCBN 烧结块刀具通体由 PCBN 材料制成，切削刃多，适用于大切削量、高速切削场景；焊接式 PCBN 刀具则是将 PCBN 刀尖焊接于硬质合金基体上，兼顾硬质合金的韧性与 PCBN 的高硬度、耐磨性，成本相对较低，应用更为广泛。从应用领域来看，在汽车制造中，PCBN 刀具用于发动机缸体、缸盖、曲轴、齿轮等零部件的加工，可实现高精度、高效率的硬切削，有效提升汽车发动机性能与可靠性；航空航天领域，用于钛合金、镍基合金、高强度钢等难加工材料的成型加工，满足飞行器零部件对高精度、高可靠性的严苛要求；模具制造方面，对淬硬模具钢进行高速铣削、车削，实现以铣代磨、以车代磨，大幅缩短模具加工周期，提高模具表面质量与精度，延长模具使用寿命；在能源领域，如风电设备的齿轮、轴承加工，以及石油开采设备的高强度零部件加工中，PCBN 刀具凭借其卓越性能保障了设备的高效稳定运行。
过去五年，全球 PCBN 焊接刀具市场规模持续上扬。据市场研究机构数据显示，2018 年全球市场规模约为 XX 亿美元，此后逐年稳步增长，至 2022 年已达 XX 亿美元，年复合增长率达 XX%。这一增长态势得益于全球制造业高端化转型加速，航空航天、汽车制造等领域对高精度、高性能切削刀具需求猛增，PCBN 焊接刀具凭借独特优势斩获广阔市场空间。预测未来五年，全球市场将延续增长势头，预计到 2027 年规模有望突破 XX 亿美元。新兴经济体制造业崛起、难加工材料应用拓展以及加工工艺持续革新，将成为市场扩容的关键驱动力，为全球 PCBN 焊接刀具产业注入源源不断的发展动力。
国内 PCBN 焊接刀具市场在近五年同样呈现蓬勃发展态势。伴随《中国制造 2025》等战略深入实施，制造业向智能化、精密化大步迈进，对先进切削刀具的需求急剧攀升。2018 - 2022 年期间，国内市场规模从 XX 亿元跃升至 XX 亿元，年增速超 XX%。在汽车发动机缸体、高铁轨道零部件等关键制造环节，PCBN 焊接刀具广泛应用，有效提升加工效率与质量。展望后续发展，随着国内高端装备制造、新能源汽车等产业蓬勃兴起，预计到 2027 年，国内市场规模有望逼近 XX 亿元，本土企业凭借地缘优势、成本优势与技术创新积累，将在这片成长型市场中斩获更多份额，助力产业整体升级。
制造业升级是核心驱动力之一。在全球产业竞争加剧背景下，各国制造业向高端制造、智能制造转型，对零部件加工精度、表面质量与生产效率提出严苛要求。PCBN 焊接刀具高精度、高稳定性切削性能契合高端制造需求，广泛应用于航空发动机叶片、汽车变速器齿轮等关键部件加工，成为推动产业升级的得力工具。难加工材料应用增多显著拉动需求。钛合金、镍基合金、高硬度合金钢等在航空航天、能源、海洋工程领域广泛运用，这些材料强度高、导热性差、加工硬化严重，传统刀具难以胜任。PCBN 焊接刀具凭借高硬度、高热稳定性与化学惰性，在难加工材料切削中优势尽显，市场需求随之水涨船高。加工工艺进步拓展应用边界。高速切削、干式切削、硬态切削等先进工艺日益普及，对刀具性能要求更高。PCBN 焊接刀具能在高速、高温工况下稳定工作，适配新工艺需求，促使其在更多复杂加工场景得以应用，进一步拓宽市场需求空间，为行业持续发展筑牢根基。
在材料创新领域，研发人员通过优化 CBN 晶粒生长工艺，制备出纳米级、超细晶粒结构的 PCBN 材料，显著提升刀具硬度与耐磨性，使刀具在加工高硬度合金时，刃口磨损速率降低约 XX%。同时，精准调控 CBN 与结合剂比例，增强材料韧性，有效抑制崩刃现象，适应断续切削工况。涂层技术方面，采用多层复合涂层架构，如 TiAlN、AlCrN 等涂层交替叠加，结合纳米涂层技术，涂层厚度精准控制在纳米尺度，既提升刀具表面硬度、耐磨性，又增强抗氧化、抗腐蚀性能，在高温高速切削中，刀具寿命延长 XX%。制造工艺革新上，引入激光增材制造技术，实现 PCBN 刀具复杂结构一体化成型，优化焊接工艺参数，采用高频感应钎焊、真空钎焊等先进方法，确保 PCBN 刀粒与硬质合金基体焊接牢固，降低焊接残余应力，提升刀具整体精度与可靠性，加工精度可达 ±XXμm，满足精密加工严苛要求。
以郑州大学与郑州万创智造科技有限公司合作为例，郑州大学科研团队依托材料学前沿研究成果，发明 “一种 PcBN 刀具及其制备方法”，通过将立方氮化硼单晶、碳化硅、有机聚硅氮烷与热固化助剂混合、热解、粉碎、烧结等精细步骤，制备出高性能 PCBN 刀具。关键创新在于，固化前使每个 cBN 单晶表面均匀附着前驱体 PSN 结合剂，烧结时 PSN 在 cBN 晶粒表面生成 SiC、Si3N4 纳米晶，作为均匀分布的结合剂，且生成的 SiC 纳米晶长大为棒状结构，大幅提升刀具硬度与抗弯强度。成果以 20 万元转让科技成果申请权至郑州万创智造科技有限公司，企业承接后迅速投入生产线，优化工艺参数，实现该新型 PCBN 刀具量产，产品应用于汽车发动机缸体、风电齿轮加工，加工效率提升 XX%，刀具寿命延长 XX%，成功打通从实验室到市场的转化通道，为行业产学研合作树立典范。
