瞿銘

（全國超硬材料專家委員湖南超硬材料協(xié)會，湖南 長沙 410012）

1 超硬材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

超硬材料作為一種重要的工程和功能材料，在國防和國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和國民經(jīng)濟的增長，它的應(yīng)用范圍不斷地擴大，而且向高新技術(shù)行業(yè)發(fā)展。超硬材料行業(yè)是一個朝陽行業(yè)。前兩年不僅生產(chǎn)量增加了，而且質(zhì)量也提高了，產(chǎn)品供不應(yīng)求，出現(xiàn)超常規(guī)的發(fā)展，工業(yè)增加值和利潤都有大幅度的增加，形勢一片大好。據(jù)統(tǒng)計，中國金剛石產(chǎn)量占世界90%以上，立方氮化硼的產(chǎn)量占世界60%以上。中國是超硬材料的生產(chǎn)大國，現(xiàn)在正向強國邁進。雖然從去年九月份開始，形勢出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)變，這是因為國外的經(jīng)濟危機和國內(nèi)壓機臺數(shù)的增加和擴大所造成的。這是自然的回歸，是符合國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律的。

我國的金剛石工具近幾年也有很大的發(fā)展，但仍然滯后于金剛石的發(fā)展，有人統(tǒng)計，近兩年金剛石砂輪增長60%，金剛石鉆頭增加30%，金剛石鋸片增長17%左右。但產(chǎn)品仍然以中、低檔為主，統(tǒng)稱為D2y市場。高檔專業(yè)市場仍然是發(fā)達國家所占有，我國占世界市場80%的份額，但經(jīng)濟效益低，只占世界市場的20%左右，形成低價賣出，高價買進的局面。這種狀況必須要改變。國家在“十二五”規(guī)劃中指出：要把經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的主攻方向，把科技創(chuàng)新作為加快經(jīng)濟發(fā)展方式的重要支撐。搞好產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級，提高產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。有人說我國的金剛石質(zhì)量已達到世界先進水平，我看僅僅是極少部分，不然為什么我國金剛石價格比國外的低4～5倍呢？一定要認清國內(nèi)外形勢，不能滿足現(xiàn)狀要更上層樓。

大家知道，目前的形勢不那么樂觀，金剛石價格逐步回落，特別是超常規(guī)的一型金剛石價格已跌到低谷，許多工廠無法繼續(xù)生產(chǎn)。我們要根據(jù)市場需求，努力開拓科技含量高的新產(chǎn)品。隨著我國城市化、現(xiàn)代工業(yè)化進程加快，新的結(jié)構(gòu)工程鉆頭，薄壁鉆，復(fù)合齒，球齒，繩鋸，線鋸等工具的應(yīng)用，對金剛石提出新的要求：如金剛石的粒度、強度、晶形等參數(shù)的要求更高、更專業(yè)，產(chǎn)品價格也會大大地提高。只要我們跟上新型工業(yè)化的步伐，開拓創(chuàng)新，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在經(jīng)濟危機中也能找到好機遇。

2 超硬材料行業(yè)今后的發(fā)展趨勢

2.1 超硬材料與硬質(zhì)合金工具（刀具、釬具、鉆具）等相結(jié)合。

20世紀80年代初，美國GE公司和梅加公司就想到把人造金剛石用在硬質(zhì)合金工具上。將金剛石復(fù)合片做鉆頭用于開采油汽田，煤田，梅加公司用金剛石復(fù)合齒用于牙輪鉆頭、潛孔鉆頭和釬頭在相同硬度的巖層、同等條件下做試驗，結(jié)果金剛石復(fù)合鉆頭比普通的硬質(zhì)合金鉆頭使用壽命提高20多倍，鉆速快、鉆進成本低。由于技術(shù)不斷地進步，最近報道使用壽命提高700倍。我國在上世紀80年代末也開始試制復(fù)合片鉆頭，應(yīng)用較好，逐步代替了國外進口鉆頭。但復(fù)合齒、復(fù)合技術(shù)難一些，正在起步試制階段。復(fù)合技術(shù)就是把高硬度，高耐磨性的人造金剛石與抗沖擊性好的硬質(zhì)合金有機地結(jié)合起來。這是一種技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)革命，是未來工具的發(fā)展方向。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，航空業(yè)、汽車工業(yè)、高鐵、地鐵、隧道開通，軍工業(yè)的需求和發(fā)展，對刀具、鉆具、釬具的要求更高了，如對難加工的材料Si－Ae－Mg合金材料，用硬質(zhì)合金工具去加工就難以勝任，必須用超硬刀具、超硬鉆具（PCD和PcBN及PDC），它的耐用度是硬質(zhì)合金的幾十倍，由于超硬刀具（PDC），“以車代磨”、“硬態(tài)加工、干式切削”等先進工藝技術(shù)的應(yīng)用，避免了生產(chǎn)過程中的灰塵，磨削液對環(huán)境的污染，實現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)。因此，超硬刀具是一種高速、高效、高穩(wěn)定性及低碳環(huán)保的切削工具，是21世紀理想的綠色切削刀具，是未來機械加工的主流。

我國是新崛起的現(xiàn)代制造業(yè)大國，近年來國家非常重視超硬刀具高速切削技術(shù)的研究開發(fā)，國家“863”計劃和科技重點項目都列入超硬刀具的開發(fā)應(yīng)用。我國已引進國外的數(shù)控機床和精密機床上千臺，它們加工時的軸轉(zhuǎn)速都很高，國產(chǎn)刀具只有6000r／min以下，轉(zhuǎn)速大于1500r／min就必須用進口的刀具。國產(chǎn)刀具均勻性、穩(wěn)定性差，而且原材料復(fù)合片的直徑小，國內(nèi)企業(yè)的復(fù)合片（PDC）直徑只有Φ13～Φ19～Φ25，去年以來河南四方達超硬材料股份公司生產(chǎn)的復(fù)合片直徑達51mm，全國最大。大直徑復(fù)合片是我國今后發(fā)展的方向。

2.2 超硬材料磨具逐步取代普通磨料磨具。

由于普通磨料碳化硅（SiC）等屬于高污染，高能耗的產(chǎn)品，也是國家政策限制性的產(chǎn)品，而且普通磨料產(chǎn)能過剩，工藝落后，不適合現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。溫家寶總理曾在視察長沙時指示：“要壓縮產(chǎn)能過剩行業(yè)，壓縮高污染，高能耗產(chǎn)業(yè)，要控制建設(shè)規(guī)模大，有保有壓……”

隨著現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展，加工領(lǐng)域?qū)δチ夏ゾ叩囊蟾吡?，必須尋找其它的出路。當金剛石價格昂貴的時候，沒有人能想到把金剛石應(yīng)用于磨地板磚，現(xiàn)在當金剛石價格回落到合理水平，對環(huán)境又要求嚴格控制污染的時候。繼續(xù)使用普通磨料（碳化硅，剛玉）磨地板磚，生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的粉塵，泥漿對環(huán)境污染太大。所以近年來有實力的企業(yè)試用金剛石代替碳化硅，立方氮化硼代替剛玉做成磨頭、磨塊來磨地板磚，金剛石用量因此大幅上升，去年一段時間導致一型料、破碎料供不應(yīng)求，價格猛漲?，F(xiàn)由于國際經(jīng)濟形勢的影響等，金剛石價格回落了。另外，金剛石，cBN代替普通磨料還需要不斷完善使用工藝技術(shù)及其它設(shè)備配套等，這就需要一個磨合過程也是一個結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程。但應(yīng)該看到超硬材料磨具逐步取代普通磨料磨具，這是必然的發(fā)展趨勢。因為超硬材料磨具在磨削難加工材料（硬質(zhì)合金，寶石，陶瓷，鈦，鋯合金等）方面，顯示出了特有的優(yōu)勢：（1）磨削效率高，磨削時產(chǎn)生熱量少，減少或避免工件表面的燒傷和開裂。（2）超硬材料磨具耐磨性高，磨削精度高、質(zhì)量好。（3）磨具磨耗小、壽命長、工作效率高、環(huán)保好，能改善工人勞動環(huán)境和勞動強度。

3 超硬材料在高新技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 光伏行業(yè)中的應(yīng)用

所謂光伏材料就是硅晶片所生產(chǎn)的太陽能電池可直接把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，利用太陽能發(fā)電。這對我國發(fā)展低碳經(jīng)濟，推廣新能源技術(shù)有重要的意義，我國制訂了推廣“太陽能屋頂計劃”的財政補貼政策，力爭太陽能成為我國的重要能源。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)是太陽能電池材料：單晶硅、多晶硅的切片技術(shù)。硅屬于高硬脆材料、切割成片需要特殊的金剛石工具，如金剛石線鋸及其配套的切割設(shè)備。金剛石線鋸的制作方法有多種：有機械碾壓法、釬焊法，樹脂粘結(jié)法，電鍍法。在我國研究較多的是電鍍法。電鍍法比較經(jīng)濟有效。電鍍法的制造步驟：鍍前預(yù)處理－上砂－加厚－后處理。最難的關(guān)鍵技術(shù)是上砂法。上砂的方法也有幾種：有埋砂法，落砂法和刷鍍法等。金剛石線鋸，近幾年我國研究的單位較多，進展很快，但仍處于起步階段，與國外相比還有差距，需不斷地改進，逐步推廣應(yīng)用太陽能技術(shù)，這個市場潛力巨大。

總之，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是世界上發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實現(xiàn)能源和環(huán)境保護，世界各國均將太陽能光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源的發(fā)展重點，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為我國金剛石工具的發(fā)展制造帶來巨大的商機。我國與外商合作的有幾家大公司：保定的KVE（英勵公司）、無錫的上德公司、江西新余LDK（賽維公司），還有湖南長沙興業(yè)太陽能公司利用15萬m2的屋頂太陽能發(fā)電，年發(fā)電量2500萬度。

近年來太陽能光伏產(chǎn)業(yè)受到世界金融危機的影響和去年美國對光伏產(chǎn)品“反傾銷，反外貼”的“雙反”訴訟。使光伏產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)受到?jīng)_擊很大，但光伏產(chǎn)業(yè)仍具有廣闊的前景。

3.2 在半導體材料中的應(yīng)用

隨著半導體技術(shù)的發(fā)展和完善。對集成電路用的硅片加工要求更高，晶圓切片加工特點，精密切割縫寬誤差不超過±5μm，切縫要小于5μm，速度要高于30000～45000vpm，為了滿足在計算機和集成電路中的使用，要求芯片微型化，高密度化、數(shù)字化，對芯片的直徑、平坦化提出了更高的要求。為了降低硅片加工發(fā)生崩邊的現(xiàn)象，提高材料利用率，硅片的切割傾向使用超薄片。目前我國生產(chǎn)電鍍金剛石線鋸技術(shù)還不夠成熟，還處于研究階段（生產(chǎn)中使用的超薄切割，還依賴于從美國、德國、日本進口，目前外商已在國內(nèi)辦廠），但通過幾年的努力，超薄片的生產(chǎn)有了很大的進展，還需要我國科技人員繼續(xù)努力，自主創(chuàng)新來滿足我國工具和微電子行業(yè)的迫切需求。

3.3 金剛石作為熱管理材料

金剛石熱管理材料已成為目前電子工業(yè)理想的散熱材料。將金剛石與銅、鋁等金屬復(fù)合可獲得高熱導率和可調(diào)的膨脹系數(shù)，能滿足系統(tǒng)散熱和組裝工藝的要求，國內(nèi)外研發(fā)熱管理材料都集中于碳纖維和金剛石體系，已取得較大的進展……

4 結(jié)論

當今時代，科技飛速發(fā)展，世界經(jīng)濟變化動蕩，國內(nèi)外市場競爭激烈，企業(yè)壓力增大，原材料價格上漲，勞動力成本上升，人民幣升值。節(jié)能減排，發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟是我們面臨頭等重要任務(wù)，這對中小企業(yè)是一個嚴峻的考慮。企業(yè)家自身的理念與價值觀要轉(zhuǎn)變，使企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，不要抱著做普通大路貨的產(chǎn)品不放，要有自主創(chuàng)新意識，要有自己特色的產(chǎn)品，特有的技術(shù)、特殊的銷售能力、摸清市場需求規(guī)律，分析產(chǎn)品暢銷和滯銷的原因，才能心中有數(shù)。要有敏銳的眼光，科學的態(tài)度搶占發(fā)展先機，要有對市場規(guī)律的深刻認識，更好地把握轉(zhuǎn)機、廣交朋友、獲取信息、才能更快地捕捉商機。在當前形勢下，只有化挑戰(zhàn)為機遇，堅定信心迎難而上，才能抓住機遇、謀求更大的發(fā)展，作出更大的新貢獻。