我国六面顶压机合成金刚石技术的历史性进展

一、超硬材料及制品产业在国民经济中的重要性

    超硬材料及制品是迄今为止人类发明的极其坚硬的材料及工具，层出不穷的各种硬质新型材料只能用它们才可加工，它们对高新技术材料及各类制成品的发展提供强力支撑，对国民经济的发展有数百倍的杠杆撬动作用。例如：0.1～0.2mm厚度的单品硅片、多晶硅片切割、磨削等高效精密加工，非超硬材料工具莫属；计算机芯片等大规模集成电路的微细精密切割、开槽、背面减薄、纳米金刚石抛光等加工，非超硬材料及工具莫属；卫星太阳能电池板的加工，非超硬材料工具莫属；没有高精、高效、高速的超硬材料砂轮配套，进口*5轴联动等数控磨床就无法应用，等等，超硬材料及各类制品在高新技术领域的应用不胜枚举。世界发达国家无不把超硬材料及制品的发展作为重点，可以说超硬材料及制品的研究与应用代表着一个国家的科技发展水平，有科学家说21世纪将是超硬材料大放异彩的世纪。

  超硬材料及制品不仅能解决普通磨料磨具无法胜任的各种新型难加工材料的加工问题，而且是高效、高精、节能、绿色环保型产品，完全符合国家的产业政策。逐步取代高耗能、重污染的传统刚玉和碳化硅磨具是世界新兴的发展方向，而且在多方面取得了重大成就。例如：轿车曲轴、凸轮轴等零部件的先进加工，数控机床已超硬材料磨具化；飞机制造业的有色金属及复合材料加工已向金刚石(PCD)刀具化发展；轿车业、精密轧钢业等黑色金属的加工已向立方氮化硼(PCBN)刀具化发展，超硬材料磨削、切削工具的出现可使加工精度达到0．05-1μm，精度极高，并且推动了有色金属加工以车代磨，黑色金属以磨代车的新工艺发展；国家正在建设的高速铁路客运专线的轨基加工，同样也非金刚石砂轮莫属。而上述这些产品目前大多数仍采用进口产品，国内亟待研究开发及产业化。

    超硬材料产业的发展与国家安全息息相关，超硬材料在军事工业中必不可少，广泛应用，因此被称为战略物资。没有金刚石工具加工导弹头罩，我们的导弹就无法实现*的红外或激光制导；没有金刚石工具加工坦克防弹装甲多层复合板，我们的坦克的安全性能将大打折扣；没有金刚石工具加工太阳能电池板，我们的卫星就无法遨游太空；原子能反应堆的反应速度控制棒必须用超硬材料加工；飞机的发动机和火箭的一些部件都只有用超硬材料工具才能加工。

    超硬材料及制品是世界范围的热门研究领域，新技术新产品层出不穷，应用领域不断拓展，被称为朝阳产业，方兴未艾。

二、我国六面顶压机合成金刚石技术近年来取得的历史性进展

    世界上人工合成金刚石的专用超高压设备，除了个别实验室使用的四面顶压机、八面顶压机之外，在工业生产中实际应用的压机主要有3类：年轮式(环带式)两面顶压机，欧美及日韩等各国在广泛使用；凹模式(双面凹)两面顶压机，俄罗斯等独联体国家使用；六面顶压机，主要在中国使用。

从20世纪60年代以来的几十年中，我国人造金刚石的技术水平长期落后于欧洲的跨国公司德比尔斯公司 (De Beers Consolidated Mines Ltd．Co)和美国的G．E公司(General Electric)，只能生产中低档金刚石产品。对于造成这种差距的原因，长期以来，人们以为是在于压机，似乎是六面顶压机不如两面顶压机，用六面定压机造不出好金刚石。近几年来，情况发生了变化，而且是带有根本性的重大变化，变化的主要标志是我国六面顶压机生产的金刚石质量有了显著提高，达到了欧美高端产品的水平。

    例如，国内原来只能生产粒度号为35／40以及粒度号大于35／40而实际粒径更小的金刚石，现在可以批量供应小粒度号如30／35、20／25、18／20、16／18甚至14／16、12／14、10／12的金刚石；又如，国内原来生产的金刚石冲击韧性TI(Toughness Index)值达到85(筛上物％：表示未破碎颗粒的百分比)就不错了，现在可以达到95以上；原来热冲击韧性TTI(Thermal Toughness Index)比TI降低25％甚至更多(例如，由80降低到60以下)，现在TTI与TI很接近(例如，由95降到90～93)；再如，原来我国标准规定*高品级金刚石的静压强度(单颗粒静压破碎负荷值)是50kg，现在已经远超过100kg，连原来的标准检测仪器都不适用了。这些粗粒度、高韧性、高强度的重要指标都达到了美的MBS900系列和英国、德国的SDA系列、SDB系列、和DSN系列产品的水平，这足以表明我国金刚石的品级及其性能得到大幅度提高，达到了世界前列。

    这一变化引起了全世界超硬材料行业的极大关注。之所以取得历史性进展，其主要原因在于，在装备(压机大型化)、原材料(石墨和合金触媒的成分和含氧量、合成快的组装结构)、合成工艺(高压高温的控制方式)等3个*基本、*重要的方面都取得了全方位的长足进步，解决了以前长期存在的的问题，突破了技术的瓶颈。其中，需要指出的是在原材料和工艺方面，我们也借鉴和吸收了欧美在两面顶压机上成功使用的技术成果。

    现在人们发现，随着我国科技人员的不断研究开发和改进，制造的超硬材料专用六面定压机已经超过了国外*先进的两面定压机。主要表现为：压机主机和高压模具的结构合理、设计巧妙，有效解决了国外两面定压机存在的不可避免的高压变形难题；同时，具有造价低廉、操作方便、使用寿命长的优点，致使六面顶压机生产的超硬材料产品生产成本大幅度降低，远低于两面顶压机生产的金刚石成本，产品的市场竞争力超过两面顶产品。

    以六面顶压机及工艺技术生产人造金刚石和立方氮化硼，是我国具有完全自主知识产权、不同于其他各国的创新成果，是几代中国科学家和广大工程技术人员智慧的结晶，是我们国家超硬材料行业的骄傲!六面顶压机及其工艺方法已令以两面顶方法为荣的发达国家科技人员刮目相看!价廉物美的六面顶压机及其生产超硬材料的独特方法已能经济地生产出世界先进水平的产品，逼着他们不得不引进中国的六面顶压机进行研究和生产。

    中国六面顶及其成套技术的强势发展，已迫使*个发明金刚石生产方法的美国GE公司意识到他们难以抗衡中国超硬材料产业而放弃了超硬材料的生产，将其出售给了小约翰财团；世界上*大的金刚石垄断集团戴比尔斯集团的元素六(Element Six)公司，已开始批量购买我国的六面顶压机，一部分(已达100多台)运往其南非生产基地，一部分(已达100多台)在苏州设厂借鉴中国的技术生产金刚石；世界上名列前茅的韩国日进公司也已批量购进我国六面顶压机，借鉴我国的方法来生产金刚石。

    世界发达国家的几家*强大、*先进公司全都不约而同地选购中国特有的六面顶设备，并借鉴中国的技术生产超硬材料产品，在我国整个制造业中是*的，在所有行业中都是极其罕见的，这充分证明了具有中国特色的六面顶压机的先进性。

三、关于超硬材料及制品产业发展政策的建议

    在全球性金融危机已波及我国超硬材料及制品行业的严峻形势下，为了配合中国机床工具工业协会完成工业与信息化部产业司下达的《机床工具产业发展政策研究》课题，以便制定新时期的产业发展政策，超硬材料行业组织主要骨干企业的董事长、总经理、总工程师于2008年底在郑州举办了专题研讨会。会议建议国家相关部门将超硬材料及制品专列海关商品号及税则号，并建议将超硬材料及制品的出口退税率恢复到原有水平，以保护这一在制造业中有望首先达到国际先进水平的民族产业——超硬材料及制品产业。