（1）刀具材料简介
刀具材料应用于切削刀具，切削刀具是机械加工中用于切除工件多余材料以形成所需形状和尺寸的核心功能部件，被誉为“工业母机的牙齿”，其性能直接决定机械制造行业的生产水平、产品质量及加工效率，是制造业转型升级与精密制造的关键支撑。
按材料分类，刀具材料主要分为高速钢、硬质合金、陶瓷及超硬材料四类。其中，硬质合金以碳化钨、碳化钒、碳化钛为主；陶瓷材料包括氧化铝基、氮化硅基及氮化硅-氧化铝复合陶瓷；超硬材料涵盖金刚石与立方氮化硼（CBN）。
超硬材料切削刀具凭借极高的硬度（维氏硬度 3,000HV-8,000HV）、优异的耐磨性及化学稳定性，在高速切削、干式切削、硬态切削等场景中表现突出，其技术复杂度与性能显著优于硬质合金及陶瓷刀具。近年来，超硬材料切削刀具市场占比持续提升，尤其在高速加工领域逐步替代传统材料刀具，成为高端制造领域的核心解决方案。
（2）超硬刀具材料类别
超硬刀具材料在实际使用中，以人造聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具的应用最为广泛。
① 人造聚晶金刚石（PCD）刀具材料
金刚石刀具材料按材料形态可分为单晶金刚石刀具材料、聚晶金刚石（PCD）刀具材料及化学气相沉积（CVD）金刚石刀具材料三类。其中，PCD 刀具材料通过高温高压烧结工艺将金刚石微粉与硬质合金基体复合，兼具金刚石的高硬度、高导热性、低摩擦系数等特性，以及硬质合金基体的高强度与抗冲击性能，适用于高精度金属切削场景。
② 聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具材料
PCBN 刀具材料是在高温高压下将细微的立方氮化硼（CBN）材料通过结合相（TiC、TiN、Al、Ti 等）烧结在一起的多晶材料。由于单晶 CBN 的粒径小且存在易劈裂的“解理面”，无法直接用于制造刀具，因此用于切削刀具的材料大多数是聚晶立方氮化硼（PCBN）。
PCBN 刀具材料有多种，主要包括：A.整体 PCBN 刀具材料：通体由 PCBN 烧结而成，切削刃多，适合大切削、高速切削；B.PCBN 复合刀具材料：是在强度和韧性较好的硬质合金基体上焊接PCBN，可以兼顾较好的韧性和较高的硬度及耐磨性，分为整体焊接、整体复合及复合焊接等。C.表面镀覆 PCBN 刀具材料：在硬化钢的切削过程中具有较高的使用寿命和高耐磨性，但由于镀层的厚度很难把握，不易制造。
（3）超硬刀具材料行业发展概述
自 20 世纪 50 年代美国通用电气公司（GE）成功合成首颗人造金刚石与立方氮化硼（CBN）以来，超硬刀具材料技术历经数十年迭代升级，从基础材料突破到产业化应用，逐步构建起以聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）为核心的现代超硬刀具材料体系。20 世纪 60 年代，美国率先通过高温高压烧结技术，将人造金刚石微粉与立方氮化硼（CBN）微粉与金属触媒结合剂复合，制备出尺寸稳定的聚晶块状材料，由此推动以聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）作为材料的超硬刀具在欧美国家实现产业化，并逐步替代传统硬质合金刀具。
我国超硬刀具材料发展相对较晚，从 20 世纪 70 年代开始，成都工具研究所等国内研究所相继自主开发 PCD 刀具材料，到了 20 世纪 90 年代，中国有色金属工业总公司矿产地质研究院、郑州磨料磨具磨削研究所、桂林矿产地质研究院又相继自主开发出各类型 PCBN 刀具材料，形成了我国在超硬刀具材料领域的自主化制造能力的关键基础。
当前，现代机械加工技术的高精度、高效率、柔性化及自动化发展趋势，对刀具材料的效率、精度及可靠性提出了更高要求。在此背景下，精密加工需求驱动切削刀具用超硬材料向大尺寸化、性能均匀化及粒度多样化方向升级。
开发兼具高耐磨性、长寿命及高稳定性的超硬切削刀具材料已成为必然趋势，以满足高速切削、硬质材料加工、干式切削等先进加工工艺的需求，并应对高温合金、难加工铸铁等特殊材料的加工挑战。国内外基础材料领域的持续技术突破，既为超硬刀具产业化提供了技术支撑，也为其在全球范围内的规模化应用奠定了基础。
（4）超硬刀具材料的终端应用领域
随着下游众多高端制造领域向精密化与智能化等方向持续升级，超硬刀具材料已广泛应用于航空航天工业、3C 消费电子、汽车工业等终端领域，另外人型机器人（关节中的行星滚柱丝杠）等高端应用的出现也将催生超硬刀具材料更多应用场景。
航空航天工业作为高端制造领域的核心场景，其零部件材料以耐高温金属（如钛合金、镍基高温合金）、非金属复合材料（如碳纤维增强复合材料）及轻量化材料为主。由于航空航天零部件的极端性能要求，其加工难点集中体现在刀具寿命、加工精度及稳定性三大维度：在刀具寿命方面，航空发动机盘环类零件的完整加工需全程无换刀操作，对刀具的长寿命特性提出严苛挑战；
在加工精度方面，发动机叶片、叶轮型面精加工及盘环类零件的精密加工需实现微米级尺寸公差与跳动精度；在批次一致性方面，同一批次及不同批次刀具需保持高度性能一致性，确保所有产品均达到客户设定的额定寿命标准。随着军工、商业航天等需求的增长，航空航天领域对高性能刀具的需求将显著增长，进而持续推动超硬刀具材料的市场渗透率提升。
汽车工业由于汽车刹车盘、发动机活塞裙部、销孔、化油器等部件硬度较高且多采用流水线批量生产，传统合金刀具的性价比劣势显著，而超硬刀具凭借其高耐磨性、高耐热性及稳定加工性能成为优选方案。近年来我国汽车产业快速发展，为超硬刀具材料市场提供了长期稳定的需求。
3C 消费电子正逐步将钛合金等高性能材料应用于精密结构件制造，在此趋势下，超硬刀具在加工中的经济性优势逐渐凸显。钛合金的特殊物理特性对刀具性能提出更高要求，聚晶金刚石（PCD）刀具在钛合金外壳加工中展现出工艺优势，可同步提升加工效率、良品率及表面光洁度。随着 3C消费电子领域对钛合金等难加工材料应用比例持续提升，超硬刀具在消费电子领域的市场需求呈现显著增长潜力。
（5）超硬刀具材料的市场规模
根据思瀚数据，2013-2023 年全球超硬刀具市场规模从 33.1 亿美元增长至 52 亿美元，我国超硬刀具市场规模由 33.8 亿元增长到 73.1 亿元。
按照超硬刀具毛利率 50%、超硬刀具材料成本占超硬刀具成本 30%的条件进行测算，全球超硬刀具材料市场规模约为 7.8 亿美元，我国超硬刀具材料市场规模约为 11 亿元。
（6）超硬刀具材料行业发展趋势
①高端制造升级与新材料应用推动刀具迭代，超硬刀具材料市场规模持续扩容
随着我国高端制造、精密制造及新材料产业的持续升级，工程材料呈现多元化发展趋势，对刀具材料的综合性能提出更高要求。为满足高硬度、高耐热性、高耐磨性及复杂工艺加工需求，超硬刀具凭借其卓越性能，逐步成为工业加工领域的核心选择，并在特定场景中替代传统硬质合金及陶瓷刀具。
由于刀具下游应用领域广泛、产品需求差异大，难以出现绝对主流，刀具材料经历不断迭代，形成行业内多种材料共存态势。根据金属加工杂志社主办的历届刀具用户调查报告，中国刀具下游加工材料占比结构有较明显改变，普通钢、铸铁的占比由 2014 年的 35%、24%下降至 2022 年的 26.2%和 16.80%。耐热钢/钛合金、铝（镁）合金、碳纤维复合材料的加工占比显著提升，占比分别由 2014年的 21%、18%、2%提升至 2022 年的 24.6%、19.4%和 13.0%。
传统的硬质合金刀具用于铝材加工、碳纤维复合材料加工时存在寿命短、加工效果不稳定、刀具易磨损等问题，超硬材料可以很好地克服上述问题。根据切削刀具用户调查分析报告，超硬刀具下游应用占比由 10%逐渐提升至 12.8%。这一变化与切削速度及被加工工件表面精度的提升密不可分。
②高硬度材料加工场景扩容驱动超硬刀具需求，技术突破加速渗透高端制造核心领域
超硬刀具材料作为现代机械加工中不可或缺的耗材之一，被公认为是提升生产效率最有效的刀具材料之一。近年来，超硬刀具材料的持续迭代显著推动了其技术升级与应用拓展，使得超硬刀具产品体系持续丰富、功能持续升级，应用领域从传统金属加工向有色金属、复合材料等新型材料加工延伸，为相关产业的工艺创新提供了关键技术支持。
下游产业的快速发展与技术需求的升级，与超硬刀具的技术迭代形成双向驱动。以航空航天和汽车制造领域为例，高精度、高效能切削需求的提升，直接推动超硬刀具在复杂构件加工中的规模化应用；而新能源、新材料技术的突破，则进一步拓展了超硬刀具在轻量化材料（如碳纤维复合材料）及高硬度合金加工中的应用场景。这一双向互动机制不仅加速了超硬刀具技术的创新步伐，更通过产业链协同效应，推动各行业加工工艺的升级与生产效率的提升。
③高端制造自主化战略深化，超硬刀具自主化替代加速
高端工具的自主化替代是我国迈向制造强国的必经阶段。当前，我国机床工业关键功能部件仍存在显著短板，超硬刀具作为数控机床的核心组件，其精密性与效率直接影响机床性能。全球范围内，高端超硬刀具及材料设计制造长期由欧美企业主导，其技术积累与制造能力形成较高壁垒。我国虽是人造金刚石及立方氮化硼（CBN）全球最大生产国（产量分别占全球 95%和 70%），但因合成技术、激光加工等工艺复杂度高，超硬刀具及材料高端市场仍以进口为主。
近年来，国内企业通过引进消化吸收国外先进技术，通过自主创新逐步实现对进口产品的部分替代，并加速向全球价值链中高端迈进。依托我国作为人造金刚石及立方氮化硼制造大国的产业基础，超硬刀具材料制造形成了显著的成本控制能力。在产品性能方面，国内超硬材料领先企业通过持续研发投入与技术延伸，已实现部分产品核心参数接近或达到同类进口产品，凭借“高性价比+高性能”的双重优势，逐渐打破跨国企业长期主导的国际市场格局。
