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中国机床工具工业协会超硬材料分会 李志宏 宜云雷 
郑州磨料磨具磨削研究所 刘金昌

　　一、 简略回顾
　　1954年美国GE公司研制成功了世界上第一颗人造金刚石。我国1960年10月作为国家重点科研项目下达了人造金刚石的研制任务，该任务由原第一机械工业部磨料磨具磨削研究所、通用机械研究所和原地质科学研究院共同承担。经过通力合作，1963年12月6日在国产300吨61型两面顶超高压装置上，以高纯石墨粉为原料，以镍铬合金为触媒研制成功了我国第一颗人造金刚石。1964年4月由磨料磨具磨削研究所与铸造锻压研究所开始设计6×6MNDS-023A型铰链式六面顶压机。1965年4月原第一机械工业部下达国家科委“关于人造金刚石中间试验任务书”，1965年8月六面顶压机制造并在磨料磨具磨削研究所安装完成，1966年7月3日正式投入合成工艺试验，并投入批量生产，当年生产人造金刚石一万克拉，同时由磨料磨具磨削研究所参与选址、设计、筹建我国第一个人造金刚石及其制品的专业化生产厂—第六砂轮厂，为该厂提供了整套工艺。并在第一砂轮厂、第二砂轮厂、上海砂轮厂、苏州砂轮厂等10多家厂推广试生产。第六砂轮厂于1969年建成投产。至此，我国逐步形成了以6×6MN六面顶设备为特色的发展人造金刚石工业的体系。 　
　　30多年来，我国人造金刚石的产量如表1所示，发展趋势如图1所示。 
　　人造金刚石除少部分直接用于研磨、抛光、涂层等工序外，大多数则制成各种工具制品用于不同的工业领域，如表2所示[1]，各种不同领域的应用比例如图2所示。
　　表1、中国历年人造金刚石的产量
　　
　　单位：百万克拉
　　
　　年份 1966 * 1970 * 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979
　　
　　产量 0.01 0.46 1.19 1.37 1.87 2.60 3.12 4.78 6.18
　　
　　年份 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
　　
　　产量 4.50 4.10 5.00 7.00 10.0 17.0 18.0 23.0 30.0 38.0 43.0
　　
　　年份 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
　　
　　产量 65.0 110 200 240 260 320 440 500 750 1000**
　　
　　*：1967-1969、1971、1972五年数据未能找到；**：为估算值
　　
　　人造金刚石的应用领域十分广泛，几乎涉及国计民生的各个领域，小到家庭装修，大到微电子及航空航天等高技术领域均有其用武之地。有的甚至是非其莫属，如用量最大的石材工业离开人造金刚石及其工具就极难发展。可以说人造金刚石的推广应用开创并推动了石材工业的蓬勃发展，在光学玻璃冷加工、地质钻探、陶瓷、汽车零件等机械加工、金属拉丝等方面引起了革命性的工艺改革。使加工效率、加工精度几十倍甚至上百倍地提高，使一些过去难加工甚至无法加工的材料能顺利、高精度地加工。人造金刚石及制品基本能满足国内各个工业部门的需求，为整个国民经济发展做出了不可磨灭的巨大贡献。
　　二、人造金刚石行业现状
　　据称世界工业用金刚石产量约15亿克拉[3]（含部分天然金刚石、立方氮化硼）。我国单人造金刚石产量已达10亿克拉，已占世界总产量的60%以上，堪称生产人造金刚石的第一大国。仅石材加工耗用金刚石约为3亿克拉[2]，可以说金刚石制品产量我国也堪称大国。但无论是金刚石还是制品，其质量均属中低档产品，与发达国家质量水平差别较大。按我国标准的DMD级的高档产品国内基本无产品供应。近年来人造金刚石的产品构成比如表3所示（不含引进两面顶技术生产厂家）。需要指出的是北京人工晶体研究院用两面顶压机生产的金刚石明显优于国内普通采用的六面顶压机生产的金刚石，当属中高档产品，其产量只有国内总产量的0.7%（按1999年27家统计数据计算，若按总产量10亿克拉计，则只占0.4%）。此外，保定八达稳德金刚石有限公司利用引进两面顶压机和进口原材料所生产的金刚石属中高档产品，但今年才正式投产，产量所占总量比例也很小。
　　表3、1995—1999年人造金刚石按产量计产品构成比
　　
　　年度 RVD（%） MBD(%) SMD(%) 统计企业数9个）
　　
　　1995 36.83 53.39 9.78 42
　　
　　1996 28.90 55.36 15.74 25
　　
　　1997 33.41 56.11 10.48 18
　　
　　1998 27.16 60.19 12.65 20
　　
　　1999 31.09 45.12 23.79 27
　　
　　从表3不难看出，我国人造金刚石产品的品位在逐年提高，2000年依然有较大幅度的提高。这说明行业整体技术水平有了明显提高。这得益于近年来行业志士对6×12MN以上的所谓大压机的研制开发及Φ30腔体以上所谓大腔体合成工艺的研制开发，目前已发展到6×31MN、Φ55以上腔体的研制开发。这种迅猛的发展有喜有忧，喜的是大压机大腔体能够促进金刚石质量的提高，忧的是这种超常规发展（近3年来新装6×12MN以上压机总数已超过800台，加上原有6×8MN及以下压机4000台，总数接近5000台）使中低档产品严重过剩，引起市场混乱。从技术角度看，国内以六面顶压机、片状触媒与石墨及工艺技术生产金刚石为主，其产量占总量的98%左右，以国产两面顶压机、片状触媒与石墨和以引进两面顶压机、粉状触媒与石墨生产中高档金刚石为辅，其产量占总量的1—2%。利用粉状触媒与石墨在六面顶压机上生产中高档金刚石的研究已取得阶段性成果并在逐步推广应用。从行业企业构成角度看，民营、集体、中外合资、国有企业均有，属多种经济成分构成，民营、集体企业占绝大多数，国有企业较少，中外合资企业更少，具体比例未做统计。目前统计到的企业总数为248家，遍布全国各地。必须申明，诸多个体小企业难以统计到。按省市分布情况如表4所示。从行业企业改制重组情况看，小企业因受资金、技术等技术等条件的限制和大中型企业迅速膨胀的影响，逐步被大企业兼并，也有多家中小型企业联合重组，也有小企业倒闭后设备被大中型企业收购等情况。总的趋势是逐步向河南、安徽、湖南、河北等省区集中。这种趋势是行业所希望的，只有大型化、集团化才能提高抗风险能力，才有利于市场竞争，才有利于节约资源，才有利于产品质量提高和技术进步。但人造金刚石制品企业没有出现重组情况，也属正常。金刚石制品企业就应该是专业、分散，这是行业所希望的。因为制品种类繁多，涉及学科、工业领域不同，不少品种用量有限，小规模、专业化反而有利于形成产品特色，有利于产品质量提高。 　　
　　表4、金刚石及制品生产企业分布情况（只计5家企业以上的省市企业）
　　
　　省市 北京 上海 天津 河北 辽宁 江苏 安徽 山东
　　
　　单晶 7 6 2 6 3 7 6 3
　　
　　制品 13 7 7 8 4 26 2 10
　　
　　省市 浙江 福建 湖南 湖北 河南 广东 广西 陕西
　　
　　单晶 16 4 12 4 18 5 4 2
　　
　　制品 11 29 9 14 37 16 4 4
　　
　　注：本表既生产单晶又生产制品的企业重复计数
　　 　
　　三、 发展展望 　
　　1、存在的主要问题 　
　　三十七年来，中国金刚石工业蓬勃发展，形成了独具特色的完整的工业体系，为中国的经济建设做出了巨大的贡献。但也存在不少问题，归纳起来主要问题如下： 　　
　　⑴、产品质量低、品牌意识差、高档产品以进口为主。 　　
　　表5给出了国内外金刚石性能的比较。表内所采国内外样品，均属中档产品。由表内可以看出，反映金刚石使用指标的主要参数TTi（1100℃时），国内六面顶压机生产的产品与两面顶压机生产产品相差甚远，而国内两面顶压机生产的产品与国外相应产品也有10%以上差距。有资料表明国内外金刚石样品均取高档产品，TTi指标差距大体和此表一样，甚至差距更大。国内高档金刚石只有北京人工晶体研究院、保定八达稳德金刚石公司少量两面顶压机产品一部分供应市场外，大量的靠进口解决。因统计渠道不畅、进口金刚石私自夹带等原因，真正的进口量不得而知，估计每年约有7000万克拉之多。可以说，高档金刚石市场基本被进口货所垄断。
　　
　　表5、国内外金刚石样品性能对比[5]
　　
　　金刚石 粒度 静压强度 Ti TTi
　　
　　国内六面顶样品 40/50 12kg 23% 5%
　　
　　国内两面顶样品 40/50 12kg 65% 50%
　　
　　De Beers样品 40/50 SAD55+ 68% 56%
　　
　　G.E样品 40/50 MBS-940 68% 58%
　　
　　备注：（1）试验参数：冲击频率：2400次/分；冲击时间：50秒；TTi：在1100℃，加热30分钟，有保护气体（N2）。
　　从品种牌号方面看，按照金刚石所适用的用途来分，De beers共有44个牌号，GE公司共有25个牌号；我国则只有11个牌号[6]且最高档的DMD级没有商业化的产品。牌号少而不细，影响了制品的研制开发和质量水平。此外，国内人造金刚石市场绝大多数仍以单颗粒抗压强度即多少公斤来论价，根本不关心品牌，只少数几家生产厂和一些外贸公司建立了自己的品牌。为了提高金刚石行业的品牌意识，2000年中国机床工具工业协会超硬材料分会组织了优秀品牌推荐活动，历经技术监督局抽样，国家磨料磨具质量监督检验中心检测、评审小组评审、领导小组审定，历时10个月年，最终推荐8家15种产品为1999—2000年度优秀品牌产品，并在《金刚石与磨料磨具工程》、《石材》杂志、《中国机床工具报》、互联网等进行了公开报道。 　
　　⑵、制品发展缓慢 　　
　　消耗金刚石最多的石材加工用锯片，多数是靠加大低品位金刚石的配料密度来制作的，而且有金刚石品位越选越低，有的甚至加入部分碳化硅粉末的趋势，这种措施能降低成本、满足低水平的加工要求。由此引起了设备易损、石材荒料浪费、加工效率低、电耗大，更重要的是加工的石材质量差，不仅卖不上价格，而使国内的高档建筑也不得不进口板材来装修。高精度的组锯用锯片、高精度石材加工用的其他工具，基本用进口产品。 　
　　机械加工特别上轿车加工用超硬磨具依赖进口的局面未有效扭转，只在辅助工序，如刃磨等采用国产产品。一是国产磨具水平偏低；二是未建立完善的磨削试验基地，新开发的产品多在生产现场试验摸索磨削参数，这是加工企业最不愿做的事情，如能建立完善的试验检测基地，能给用户提供磨具制品的各种磨削参数，不仅会加快我国产品开发步伐，而且对推广应用极为有利。此外，多数制造企业缺乏高精度制品生产设备（线），虽有少数厂家购置、引进了先进生产设备，但总的应用面较窄，多数设备只能满足一般产品需求，多数企业资金短缺，基本上靠中低档产品艰难度日。 　
　　制品发展缓慢的另一个原因是制品开发的力度远没有金刚石单晶的开发力度大，资金投入的也少，信息交流也不够。 　
　　⑶、无序竞争，市场混乱 　　
　　近两三年行业新增6×12MN以上的大压机总台数在800台以上，引起中低档金刚石产量过剩、价格滑坡严重，在连续几年下滑的基础上，今年又比去年下滑20%，引起恶性竞争，多年来现款现货的交易方式被打破，赊销之风又露端倪。通用制品如锯片、砂轮、电镀工具等价格也是逐年下降，竞争亦非常激烈，致使管理好的企业微利运行，管理稍差即会亏损。 　　
　　⑷、技术力量弱、技术开发条件差 　　
　　由于研究开发经费少，大多数企业甚至包括科研院所中的优秀技术人员不得不为自己的工资等人头费而将目标盯在赚钱上，而且美其名曰：“搞经济建设”，发展前景好的创新型中长期研究项目难以开展；有的优秀人才甚至舍弃研究开发，转搞容易赚钱的贸易；致使技术力量愈现薄弱、创新减少。 
　　一方面是创新资金短缺，难以吸引优秀人才从事此项工作，另一方面是相关材料行业的相对落后也限制了本行业的发展，如国产和引进两面顶压机不能充分发挥效益，即与国内无法提供该设备所需的硬质合金压缸、模具材料性能不高有关。 　　
　　⑸、企业管理水平急需提高 　　
　　我国正处在计划经济向市场经济的转轨时期，现代企业管理制度尚未完全建立，计划经济的痕迹依然存在，人、财、物的管理存在某种随意性，中小企业人员素质偏低，国营企业冗员仍多，原材料进厂验收手段不齐、管理不严，产品质量难以稳定。 　
　　2、加入WTO对人造金刚石行业的影响 　
　　我国人造金刚石工业是进入市场竞争较早的新兴产业，以中低档金刚石争得了国际市场较大份额，按出口量占总产量的40%计[2]，年出口量近4亿克拉，不仅是人造金刚石生产大国，也是出口大国。人造金刚石制品出口较少。经行业专家预测加入WTO后对人造金刚石行业总的来说利多弊少[2]，其主要影响如下： 　　
　　（1）、有利于行业的结构调整和产业升级，有利于充分利用外资、技术、管理和市场资源，从而推动行业技术进步； 　
　　（2）、有利于打破一些国家和地区的贸易壁垒和地区保护，改变依赖转口贸易，利于直接贸易，利于出口市场进一步扩大； 　　
　　（3）、有利于促进产品质量标准与国际接轨； 　　
　　（4）、国外高档金刚石及各种精密高效的金刚石工具制品会大量涌入，对国内的市场会产生冲击，也会失去一部分份额，一段时间内会对行业（特别是制品企业）产生不良影响； 　　
　　（5）、金刚石及制品正在开发或尚未开发的应用领域将会直接采用外国产品，再配合专利保护，可能造成外国产品在某个特殊领域的垄断。 　　
　　3、发展趋势 　　
　　’98郑州超硬材料及制品研讨会上，最大范围地吹响了向超硬材料强国进军的号角，此后，行业志士研究开发高品级金刚石及制品的步伐明显加快并取得了可喜的成果。国内六面顶压机，已从6×12MN发展到6×20MN，6×31MN的压机已研制成功，合成棒直径已从ф30mm发展到ф45mm，ф55mm合成棒已研制成功；已开发出相当于GE公司MBS-940的金刚石，其性能指标明显优于1998年以前的产品。引进的60MN两面顶压机已投入商业运行，其产品已进入国际市场，已计划开发35MN及以上的国产两面顶压机。制品方面某些品种已达到某发达国家的产品水平，并开始批量出口，有的产品甚至被允许打上某发达国家的标牌进入市场。可以说我国人造金刚石行业近年来已取得了骄人的成就。 　　
　　展望二十一世纪，我国人造金刚石行业发展趋势如何呢？笔者归纳出以下几条，谨供批评指正： 　　
　　1、人造金刚石单晶的生产将进一步朝着规模化、集约化发展，缺乏资金和技术支撑、没有特色的小企业生存将更加困难； 
　　2、金刚石行业属于高技术行业，从业人员的知识水平会有较大提高，更多的高智人才会加入本行业； 
　　3、利用6×12MN以上大压机生产高品级金刚石的工艺将在数年内得以完善，六面顶压机生产高品级金刚石的研发步伐将进一步加速，高品级金刚石的生产比例将大幅度提高； 　
　　4、仍将有个别企业继续在六面顶压机大型化方面进行研究，六面顶压机的极限吨位在二十一世纪初叶即会明确； 　
　　5、二十一世纪初叶是中国两面顶技术大发展的时期，国产两面顶压机将逐步实现大型化，引进两面顶压机将全部投入商业运行，年轮式模具将大幅度提高国产化率并逐步实现国产化； 　　
　　6、合成高品级金刚石用粉末触媒、粉末石墨及叶腊石等原辅材料的研究将出现重大进展； 　　
　　7、金刚石行业标准将在二十一世纪初叶与国际接轨，金刚石的分选检测技术将会大幅度提高并日趋完善； 　　
　　8、金刚石各种制品将向高品级发展，以满足日益提高的石材、玻璃、陶瓷、机械等高精度加工的需求； 　　
　　9、会有越来越多的企业参与国际竞争，金刚石单晶和制品的出口渠道将进一步拓宽，国际市场份额会越来越大。 　
　　总之，中国金刚石工业从无到有，从小到大，已成为世人瞩目的行业，为中国的经济建设做出了积极贡献。二十一世纪初期是由大转强的黄金时期，我们有理由相信中国金刚石行业有能力赶上世界先进水平，实现金刚石强国梦！
　　
　　
　　参考文献：
　　
　　1、’98郑州国际超硬材料及制品研讨会论文集；
　　
　　2、第八届全国超硬材料与制品研讨会论文集；
　　
　　3、超硬材料 台湾 宋健民著
　　
　　4、磨料磨具行业生产概况（1972-1979） 三磨所档案材料
　　
　　5、中国磨料磨具工业年鉴1999、2000年版
　　
　　6、人造金刚石分选与检测技术研习班学习资料