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一台机器成就河南人造金刚石地位,郑州三磨所还有大目标

摘要:成立于1958年的郑州磨料磨具磨削研究所有限公司(以下简称三磨所),是我国磨料磨具行业唯一的综合性研究开发机构。成立60多年来,三磨所先后生产出中国第一颗人造金刚石和立方氮化硼等一系列填补国内空白的超硬材料制品、行业专用生产和检测设备仪器。


成立于1958年的郑州磨料磨具磨削研究所有限公司(以下简称三磨所),是我国磨料磨具行业唯一的综合性研究开发机构。成立60多年来,三磨所先后生产出中国第一颗人造金刚石和立方氮化硼等一系列填补国内空白的超硬材料制品、行业专用生产和检测设备仪器。


在三磨所的院内,展示着一台黄色的圆球形机器。这是1965年老一辈科技工作者研发出的中国第一台人造金刚石机器,名叫“铰链式六面顶压机”。


就是这样一台机器,打破了国外技术的垄断,彻底改变了世界人造金刚石产业发展的格局,也拉开了中国人造金刚石产业第一大国的序幕,这台机器是郑州三磨所名副其实的创业信物。


中国第一台人造金刚石生产机器


故事要从上个世纪50年代讲起,当时新中国刚刚成立,一切百废待兴。


那时的中国,在人造金刚石领域还是一片空白,在精密制造和国防工业方面经常被“卡脖子”。郑州三磨所就是在这样的背景下诞生了。


据郑州磨料磨具磨削研究所有限公司党委副书记、纪委书记王伟涛介绍,当时我国工业用金刚石主要依靠国外进口,因国际环境变化,国外对中国进行封锁,导致我国工业用金刚石的来源几乎被掐断。要发展,中国就要去创造自己的金刚石。


1960年10月,当时的第一机械工业部设立了代号为“121”的攻关课题组,向郑州三磨所等机构下达了研究人造金刚石的进军令。


经过老一辈科技工作者失败、改进、再失败、再改进的艰苦探索,1963年终于在进口的两面顶压机上,成功研制出了中国第一颗人造金刚石。


在欣喜之余,却也面临着新的问题。人造金刚石合成技术研制出来了,可是怎样实现产业化生产?怎样完成生产工艺和设备的完全自主化?


“1965年,老一辈科技工作者们创新性地研发出中国第一台‘铰链式六面顶压机’,并在郑州市实现了人造金刚石在六面顶压机上的合成制造,当年产量即达到10000克拉。”王伟涛说。


随后的30年间,该压机共合成金刚石约150万次,为中国超硬材料产业化奠定了坚实的装备基础,也为中国基础工业走向世界前沿提供了重要的支撑。


由于“六面顶压机”在人造金刚石合成效率和成本上优于两面顶压机,彻底改变了世界人造金刚石产业发展的格局,才造就了今天中国在世界超硬材料行业的地位。这台机器就作为“功勋压机”摆放在了三磨所院内。


中国超硬材料70%产自河南


人造金刚石、立方氮化硼等超硬材料有哪些特点?主要应用在哪些领域?


在普通人眼里,金刚石可以打磨成钻石,用来装饰。但在工业领域,以人造金刚石为代表的超硬材料,不仅是支撑我国战略性新兴产业发展的先进基础材料,更是活跃在国防军工、航空航天、半导体芯片等国家重大关键领域中的“终极材料”。


据了解,超硬材料是人造金刚石、立方氮化硼及以这两种材料为主要成分制成的复合材料的统称,其中金刚石是世界上最硬物质。由超硬材料制成的各类高性能工具(切、磨、研、抛等)与功能部件统称为超硬材料制品。


王伟涛称,超硬材料及制品是支撑先进制造技术的必备工具,被誉为现代工业的“牙齿”。


由郑州三磨所研究开发出的“高精度超薄超硬材料磨具成套制造技术”“汽车关键零件加工用高效陶瓷CBN磨具”“硅片减薄砂轮”“微孔陶瓷工作盘”“CNC多轴联动用砂轮”等高技术产品,改变了我国高档精密超硬材料制品主要依靠进口的局面,并取得了良好的经济效益和社会效益。


其针对电子信息、汽车、航空航天、国防军工、家用电器、光伏、LED、风能等行业研究开发出的一系列“高、精、尖、专”超硬材料制品,突破了多项关键技术,取得了一批高水平的成果。


2020年,中国人造金刚石产量突破200亿克拉,占全球95%以上,是名副其实的人造金刚石第一大国。


“目前,中国的人造金刚石、立方氮化硼、复合材料这三款产品加起来,占世界95%以上的市场规模,而中国的超硬材料有70%产自河南。”王伟涛说。


推动金刚石更多领域应用


自成立以来,三磨所承担了大量国家、省(部)、市级科研项目,先后取得各类科研成果1320项,获得国家、省(部)级各类科技奖项166项。其用一系列“高、精、尖、专”超硬材料制品及专用设备,填补着国内行业的空白,也推动着我国超硬材料行业从无到有、从小到大、由弱渐强。


三磨所在快速发展的同时,也带动着河南超硬材料产业的发展。如今,河南已有中南钻石、黄河旋风、四方达、力量钻石等众多知名的超硬材料生产企业,他们活跃在中国及世界的舞台上。


在携手行业共同发展的同时,三磨所也在通过术创新来推动产业升级。目前,三磨所把目光瞄向了硼掺杂电极材料、金刚石超宽禁带半导体材料、超精密加工刀具材料、高性能散热材料、光学窗口材料、纳米金刚石等领域。


王伟涛说,金刚石作为极限材料,除具有优异的力学性能外,还拥有最高的热导率、极宽的禁带宽度、高载流子迁移率、高绝缘性、极佳的光学透过性、化学稳定性与抗辐照性等众多热、光、声、电、化学优异性能,被誉为“材料之王”,在航空航天、核工业、第四代半导体、超大功率器件等尖端技术领域具有极佳的应用潜力。


金刚石是“终极半导体材料”,其器件性能理论上是现有硅基的数万倍,但关键核心技术、产业化技术尚未突破。


“接下来,三磨所在超硬材料方面将朝着高速、高效、高精密、绿色加工方向发展,围绕这个方向去进行技术创新;同时,围绕金刚石‘光、学、电、热、磁’等功能进行产品布局。”王伟涛说。


来源:大河报·大河财立方


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