林峰（桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院 國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心）

超硬材料的研究進(jìn)展

林峰
（桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院 國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心）

本文引用格式：林峰.超硬材料的研究進(jìn)展［J］.新型工業(yè)化，2016，6（3）：28-52.

1 發(fā)展超硬材料產(chǎn)業(yè)的背景需求及戰(zhàn)略意義

超硬材料主要是指金剛石和立方氮化硼。金剛石（Diamond）是目前已知的世界上最硬的物質(zhì)，含天然金剛石和人造金剛石兩種。天然金剛石原生礦主要分布在南非、扎伊爾等國(guó)，印度和我國(guó)有少量砂礦，人造金剛石是利用石墨為原料、鎳鈷等觸媒金屬為催化劑，在大約5GPa和1700K的高溫高壓條件下由石墨轉(zhuǎn)化生成的。金剛石有硬度高、耐磨、熱穩(wěn)定性好等特性。立方氮化硼（縮寫(xiě)為cBN） 在自然界是不存在，是人造的，在人工合成金剛石成功之后，科學(xué)家發(fā)揮聯(lián)想，采用類(lèi)似于合成金剛石的原料、設(shè)備和技術(shù)，創(chuàng)造出來(lái)的一種新材料，其硬度僅次于金剛石，但具有比金剛石更高的熱穩(wěn)定性和對(duì)鐵族金屬及其合金的化學(xué)惰性。

超硬材料的硬度遠(yuǎn)高于其它材料（包括磨具材料剛玉、碳化硅以及刀具材料硬質(zhì)合金、高速鋼等）的硬度，且具有其他材料無(wú)可比擬的優(yōu)異力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)和生物等性能，屬于高效、高精、長(zhǎng)壽命（半永久性）、節(jié)能、綠色環(huán)保型材料，享有“材料之王”贊譽(yù)，是用途廣泛的極端材料，不僅可加工各種難加工材料，而且正在向高靈敏、高精度、高功率、高透光、高熱傳導(dǎo)、高電子遷移、高人體親合、高耐磨、抗腐蝕、抗輻射等功能性元器件方向發(fā)展，對(duì)七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和其他高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支撐作用極大。不僅可以解決層出不窮的新材料用傳統(tǒng)工具無(wú)法加工（如新型坦克防彈裝甲多層復(fù)合板、大飛機(jī)新型耐熱合金零部件、大型軍用艦船關(guān)鍵零部件等）的難題，也可達(dá)到事半功倍或意想不到的效果。超硬材料行業(yè)的誕生和發(fā)展催生了一些新興工業(yè)領(lǐng)域（如石材、地板磚、玻璃家具等制造業(yè)），還成百倍地提高了一些傳統(tǒng)加工的效率（如照相機(jī)、攝像機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)鏡頭，精確制導(dǎo)導(dǎo)彈頭罩等高效加工），更成百倍地降低了消耗及廢物排放（如用立方氮化硼砂輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)剛玉砂輪加工轎車(chē)軸類(lèi)零件，金剛石線鋸代替鋼絲和碳化硅游離砂漿切割光伏產(chǎn)業(yè)用多晶硅單晶硅，金剛石磨塊代替碳化硅磨塊磨拋石板和地板磚等等），在諸多應(yīng)用領(lǐng)域具有不可替代性。超硬材料及制品已廣泛應(yīng)用于軍工、航空航天、電子、機(jī)械、汽車(chē)、機(jī)床工具、精密制造、醫(yī)療、石材、建材、機(jī)場(chǎng)、清潔能源、高速鐵路、公路、石油與天然氣鉆井、地質(zhì)勘探、煤炭及礦物采掘、救災(zāi)搶險(xiǎn)、家庭裝修等，幾乎涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，小到家庭裝修，大到微電子及航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域，可以說(shuō)上到尖端技術(shù)和國(guó)防，下到加工制造業(yè)和人們的日常生活均離不開(kāi)超硬材料及制品，有的甚至是非其莫屬，如目前用量最大的石材工業(yè)離開(kāi)人造金剛石及其工具就極難發(fā)展，可以說(shuō)人造金剛石工具的推廣應(yīng)用推動(dòng)了石材工業(yè)的蓬勃發(fā)展。金剛石在光學(xué)玻璃冷加工、地質(zhì)鉆探、陶瓷、汽車(chē)零件等機(jī)械加工、金屬拉絲等方面引起了革命性的工藝變革，使加工效率、加工精度幾十倍甚至上百倍的提高，一些過(guò)去難加工甚至無(wú)法加工的材料能順利、高精度地加工。除了用來(lái)制造工具之外，超硬材料在光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)方面具有一些特殊性能，是一種重要的功能材料，引起了人們的高度重視，這方面的性能和用途正在不斷地得到研究開(kāi)發(fā)。超硬材料及工具對(duì)高新技術(shù)材料及各類(lèi)制成品的發(fā)展提供強(qiáng)力支撐，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有數(shù)百倍的杠桿撬動(dòng)作用，為整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)。超硬材料及工具已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和人民生活不可缺少的重要組成部分，其消耗量成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，正因?yàn)槌膊牧霞爸破肪哂袠O端性、不可替代性、應(yīng)用于涉及國(guó)家安全的領(lǐng)域，西方發(fā)達(dá)國(guó)家甚至將超硬材料及工具作為一種戰(zhàn)略性儲(chǔ)備物資。

我國(guó)的超硬材料（這里主要指人造金剛石和立方氮化硼）及其制品的研究和生產(chǎn)起步于20世紀(jì)60年代。1963年12月6日我國(guó)成功合成出第一顆國(guó)產(chǎn)人造金剛石，1966年11月，成功合成出第一顆國(guó)產(chǎn)立方氮化硼。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)超硬材料及制品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，1966年10月4日第一機(jī)械工業(yè)部以（66）機(jī)計(jì)字第1229號(hào)文批準(zhǔn)第六砂輪廠設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，10月10日第一機(jī)械工業(yè)部以（66）機(jī)密二字1234號(hào)文批準(zhǔn)成立第六砂輪廠籌備處，實(shí)施我國(guó)“四五”計(jì)劃項(xiàng)目，建設(shè)我國(guó)第一個(gè)超硬磨料磨具生產(chǎn)廠——第六砂輪廠，1969年4月1日第六砂輪廠生產(chǎn)出第一棒人造金剛石，從此拉開(kāi)了我國(guó)人造金剛石工業(yè)化生產(chǎn)的序幕，結(jié)束了我國(guó)人造金剛石完全依賴進(jìn)口的狀況，1969年7月1日我國(guó)第一個(gè)人造金剛石及制品專業(yè)生產(chǎn)廠初步建成。

自從上世紀(jì)50年代中期人造金剛石在美國(guó)誕生（我國(guó)則在1963年研制成功）以來(lái)，擁有該項(xiàng)制造技術(shù)的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家均將其視為戰(zhàn)略物資而嚴(yán)格控制，一直對(duì)其它國(guó)家施行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷、甚至曾訂立禁止向社會(huì)主義國(guó)家出口的條約。我國(guó)改革開(kāi)放后的上世紀(jì)80年代后期和90年代曾花費(fèi)數(shù)億美金巨資從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了數(shù)十套當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的金剛石生產(chǎn)成套裝備與生產(chǎn)技術(shù)，終因其技術(shù)不到位而被廢棄，造成巨大損失。在國(guó)家各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持下，在我國(guó)幾代科學(xué)家和技術(shù)人員努力下，通過(guò)發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、與發(fā)達(dá)國(guó)家根本不同的獨(dú)特“六面頂”設(shè)備及工藝等技術(shù)方法，于2008年終于在金剛石單晶制造方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。近年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家的最強(qiáng)大、最先進(jìn)的幾家公司，全都不約而同地選購(gòu)中國(guó)設(shè)備，并借鑒中國(guó)的獨(dú)特方法生產(chǎn)超硬材料產(chǎn)品，這在我國(guó)整個(gè)制造業(yè)中是獨(dú)一無(wú)二的，在所有行業(yè)中都是罕見(jiàn)的。

目前，我國(guó)人造金剛石年產(chǎn)量已達(dá)到150億克拉以上，占世界總產(chǎn)量的90%以上，立方氮化硼的年產(chǎn)量也達(dá)到3.5億克拉以上，占世界總產(chǎn)量的近70%，我國(guó)已成為世界超硬材料生產(chǎn)大國(guó)。

超硬材料制品從使用方式劃分主要包括：磨具、鉆進(jìn)工具、鋸切工具等幾大類(lèi)。

超硬材料磨具是指以金剛石或立方氮化硼為磨料，借助于結(jié)合劑或其他輔助材料，在一定的生產(chǎn)條件下制成的具有一定形狀和性能，用于磨削、研磨、拋光等加工用途的工具，是我國(guó)最早出現(xiàn)的超硬材料制品之一，其產(chǎn)品種類(lèi)主要包括固結(jié)磨具、涂附磨具、膏狀液態(tài)磨具三大類(lèi)，根據(jù)結(jié)構(gòu)、形狀的不同，超硬材料磨具分為砂輪、磨頭、切割片、磨盤(pán)、油石、砂布、砂帶、拋光膜、研磨膏、研磨液等等。1970年代，我國(guó)以青銅作為結(jié)合劑的光學(xué)玻璃用金剛石精磨片技術(shù)發(fā)展，改變了過(guò)去“一把砂子一瓢水”的落后的加工方式，提高了光學(xué)玻璃加工效率和加工表面質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件環(huán)境，在很大程度改變了我國(guó)光學(xué)冷加工落后的面貌。超硬材料磨具具有磨削效率高、磨削表面質(zhì)量好、磨具使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，成為磨削加工技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，起到了“四兩撥千斤”的重要作用，而且還有部分產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，遠(yuǎn)銷(xiāo)海外，獲到了良好的國(guó)際聲譽(yù)。

鉆進(jìn)工具主要包括人造金剛石地質(zhì)鉆頭、油（氣）井鉆頭、工程薄壁鉆頭，其分別用于地質(zhì)勘探、油（氣）勘探與開(kāi)采及各類(lèi)建筑物鉆孔。我國(guó)從1960年代后期開(kāi)始人造金剛石地質(zhì)鉆頭、油（氣）井鉆頭研發(fā)，1969年開(kāi)發(fā)中國(guó)首個(gè)人造金剛石鉆頭小樣，在機(jī)加工車(chē)間的鉆床上試鉆花崗巖，所取出的幾毫米厚的巖心，顯示了這一創(chuàng)新的光明前景。隨后在試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)取出的一段半米長(zhǎng)的花崗巖巖心，則成為繼續(xù)前進(jìn)和立題的依據(jù)。為了得到生產(chǎn)試驗(yàn)，緊接著在北京延慶縣東三叉工地上進(jìn)行了第一次生產(chǎn)試驗(yàn)，雖然5個(gè)小時(shí)鉆進(jìn)只采取到半米多的巖心，效率不高，但這是在生產(chǎn)條件下的第一次，參加研制試驗(yàn)的各方幾十人到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。這一初步成果，使中國(guó)的巖心鉆探技術(shù)從此向前邁出了跨時(shí)代的一大步，我國(guó)探礦工程發(fā)展的技術(shù)思想從此發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，1977年后全國(guó)開(kāi)始推廣人造金剛石地質(zhì)鉆探，將人造金剛石鉆頭成功應(yīng)用于地質(zhì)鉆探，使中國(guó)的鉆探技術(shù)從此由“鋼粒鉆進(jìn)”進(jìn)入了“金剛石鉆進(jìn)”新時(shí)代，1985年“金剛石地質(zhì)巖心鉆探配套技術(shù)的推廣應(yīng)用”這項(xiàng)科技攻關(guān)成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，標(biāo)志著在15年的時(shí)間內(nèi)完成了國(guó)外100年的歷程，目前我國(guó)人造金剛石地質(zhì)鉆頭的制造水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，特別是具有中國(guó)特色的孕鑲金剛石鉆頭的制造水平與工藝已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。

超硬材料鋸切工具包括金剛石鋸片、鋸條、繩鋸、線鋸、PDC及PCBN刀具等。金剛石圓鋸片是石材加工的主要工具，由于天然金剛石價(jià)格昂貴，早期不能大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)，隨著人造金剛石誕生，它使得金剛石工具制造業(yè)得到迅速發(fā)展，金剛石圓鋸片大規(guī)模應(yīng)用于石材加工才成為可能。近年來(lái)，用于石材加工業(yè)的人造金剛石的數(shù)量直線上升，其耗用量約占我國(guó)人造金剛石總產(chǎn)量的80%左右，而世界上工業(yè)金剛石70%左右用于制造石材加工工具，其中占絕大多數(shù)的是金剛石圓鋸片。在金剛石鋸切工具中，金剛石繩鋸是 “柔性”切割工具，近來(lái)的應(yīng)用快速增長(zhǎng)，且代表著鋸切工具的高級(jí)水平?！叭嵝浴鼻懈钸@種結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，不僅使其鋸切尺寸不受“限制”，而且能很方便地鋸切各種異形面，這就使繩鋸不僅能承擔(dān)其它金剛石鋸切工具能做的工作，還能做其它金剛石工具不能（或難）做的事，并且還具有噪音小，浪費(fèi)材料少，對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn)。金剛石繩鋸自1970年代在國(guó)外問(wèn)世以來(lái)，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，大有取代傳統(tǒng)的鋼砂鋸、鏈鋸、圓筒鋸等金剛石工具的趨勢(shì)，成為二十一世紀(jì)金剛石工具制作技術(shù)現(xiàn)代化的標(biāo)志。我國(guó)本世紀(jì)初自主研發(fā)出了金剛石繩鋸全套制備技術(shù)，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)禁錮和封鎖，解決了我國(guó)大尺寸石材開(kāi)采和加工長(zhǎng)期依賴爆破法破壞性生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)難題，顯著地提高了國(guó)產(chǎn)石材成材率和石材品質(zhì)，提升了我國(guó)石材國(guó)際高端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。金剛石線鋸則是近幾年才發(fā)展起來(lái)的又一種“柔性”切割工具，主要用于光伏硅片、陶瓷、藍(lán)寶石等較為昂貴的材料加工，極大提高該類(lèi)材料的加工效率和加工質(zhì)量。自1963年我國(guó)成功合成金剛石以來(lái)，歷經(jīng)50年，金剛石鋸切工具技術(shù)發(fā)展堅(jiān)持“引進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新”并舉的方針，在生產(chǎn)和科研實(shí)踐活動(dòng)中形成了近千家面向國(guó)內(nèi)外五金工具市場(chǎng)、建筑施工、石材陶瓷玻璃加工、地質(zhì)礦產(chǎn)與石油天然氣勘探等應(yīng)用領(lǐng)域金剛石工具生產(chǎn)基地和企業(yè)群，對(duì)推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步起到了至關(guān)作用。

超硬刀具是新型超硬材料工具，隨著國(guó)際高速數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)和不斷普及，以及國(guó)外加工企業(yè)向國(guó)內(nèi)的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)超硬刀具的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)的超硬刀具類(lèi)型主要有單晶金剛石刀具、PCD刀具、CVD金剛石刀具、PCBN刀片和整體CBN刀具等應(yīng)用于車(chē)刀、鏜刀、切刀、銑刀和寬刃光刀，與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，其耐用度提高50-280倍，加工光潔度提高1-2級(jí)，生產(chǎn)效率提高1.6-4倍，使機(jī)械加工業(yè)產(chǎn)生極深刻的變革，這類(lèi)刀具將作為換代刀具部分替代機(jī)械加工中的普通刀具，在機(jī)加工行業(yè)將有廣闊的發(fā)展前景，已廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、航空航天、能源、軍事、模具等重要領(lǐng)域，從某種意義上說(shuō)，它是一種戰(zhàn)略物資，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把它作為提高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能、高效、精密、自動(dòng)化等目的的重要材料加以發(fā)展，并將其發(fā)展水平視為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。

我國(guó)超硬材料制品產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從小到大，形成了一個(gè)門(mén)類(lèi)齊全、具有相當(dāng)規(guī)模的完整工業(yè)體系，包括配套的原材料供應(yīng)體系、設(shè)備供應(yīng)體系、輔助材料體系和市場(chǎng)體系，已經(jīng)能夠生產(chǎn)出基本滿足各行業(yè)發(fā)展所需的超硬材料制品，每年還有大量產(chǎn)品出口，尤其在中低端產(chǎn)品上具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

在全球經(jīng)濟(jì)一體化條件下，我國(guó)已成為世界最大的石材、陶瓷、汽車(chē)、機(jī)械制造生產(chǎn)、消費(fèi)與出口大國(guó)，這些有利條件有力地促進(jìn)了我國(guó)超硬材料及工具的迅速發(fā)展，中國(guó)在世界超硬材料工具市場(chǎng)中已占有重要地位。但我國(guó)超硬材料及工具的質(zhì)量與性能和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有一定差距，高品級(jí)率低，品牌少，難以大量進(jìn)入國(guó)外高端市場(chǎng)，每年還需進(jìn)口一些優(yōu)質(zhì)的超硬材料及工具，而出口的只是中低檔產(chǎn)品，因而進(jìn)一步提高與發(fā)展我國(guó)超硬材料及其工具制品具有非常重要的意義。

全球超硬材料制品生產(chǎn)遍及世界各地，其中，建筑陶瓷、石材等領(lǐng)域加工工具制造水平最高的是意大利，磨削切削類(lèi)工具以日本、德國(guó)、美國(guó)及韓國(guó)制造水平為高，這些國(guó)家磨削工具正快速向超硬材料制品轉(zhuǎn)化，其它磨具用量已在逐年減少。由于超硬材料制品具有高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好的突出特點(diǎn)，其效率和壽命比傳統(tǒng)工具高數(shù)十倍。

在國(guó)外超硬材料的應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)在不斷的拓展，尤其是在開(kāi)發(fā)超硬材料功能性方面的應(yīng)用，已經(jīng)取得很好的進(jìn)展。而在超硬材料功能性方面的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)幾乎還是空白，因此，加大超硬材料功能性的應(yīng)用研究，是我國(guó)超硬材料未來(lái)重點(diǎn)研究的方向。

我國(guó)已經(jīng)成為世界超硬材料及制品生產(chǎn)大國(guó)，人造金剛石年產(chǎn)量已達(dá)到150億克拉以上，占世界總產(chǎn)量的90%以上，立方氮化硼的年產(chǎn)量也達(dá)到3.5億克拉以上，占世界總產(chǎn)量的近70%，超硬材料制品基本上占領(lǐng)了世界超硬材料制品低端市場(chǎng)，在很大程度上改變了世界超硬材料產(chǎn)業(yè)的格局，成為世界超硬材料產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)力量之一。但卻不是強(qiáng)國(guó)，尤其在超硬材料高端制品的研究開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用上，和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距。加強(qiáng)我國(guó)超硬材料的發(fā)展，不僅國(guó)內(nèi)超硬材料行業(yè)的需求，更是國(guó)內(nèi)工業(yè)體系產(chǎn)業(yè)升級(jí)，結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要。培育我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端超硬材料制品，滿足國(guó)內(nèi)航空航天、電子、機(jī)械制造等高精尖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、國(guó)防發(fā)展具有重要意義。

新材料產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)初發(fā)展最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。國(guó)家“十二五”規(guī)劃中把“節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車(chē)”七大產(chǎn)業(yè)列為新階段轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，而在新材料產(chǎn)業(yè)項(xiàng)下列入了超硬材料及制品。因此，國(guó)家將在產(chǎn)業(yè)政策方面向超硬材料及制品產(chǎn)業(yè)傾斜，同時(shí)超硬材料及制品在其它六項(xiàng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中將發(fā)揮不可或缺的重要作用，“十二五”期間將是我國(guó)超硬材料及制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)遇期，這將加速我國(guó)超硬材料制品產(chǎn)業(yè)全面向世界強(qiáng)國(guó)行列邁進(jìn)。

2 國(guó)外超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.1 國(guó)外超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

60年代初即人造金剛石投入商業(yè)性生產(chǎn)之前，工業(yè)金剛石的唯一來(lái)源是天然金剛石。全世界生產(chǎn)天然金剛石的國(guó)家有20多個(gè)。近年來(lái)，澳大利亞、扎伊爾、博茨瓦拉、南非、蘇聯(lián)五大天然金剛石生產(chǎn)國(guó)的年產(chǎn)量就占到世界總產(chǎn)量的86%-94%左右，年產(chǎn)量徘徊在1.1億-1.2億克拉之間，工業(yè)金剛石平均為47%。90年代初，全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家的金剛石與立方氮化硼的總耗量為3.5億-4億克拉。至2013年，全球的金剛石與立方氮化硼的總耗量保守估計(jì)已高達(dá)160億克拉，大量的人造金剛石應(yīng)用于工業(yè)中。超硬材料作為一個(gè)行業(yè)，其最大價(jià)值環(huán)節(jié)不在于金剛石材料、不在于原輔材料，更不是標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)工具業(yè)，而在于價(jià)值含量最大的金剛石制品和立方氮化硼制品領(lǐng)域。1克拉人造金剛石和1克拉金剛石制成如砂輪、鉆頭等，在國(guó)外制品與材料的價(jià)值比往往在20∶1左右。

目前，中國(guó)、美國(guó)、愛(ài)爾蘭、韓國(guó)、烏克蘭、日本等國(guó)是主要的人造金剛石生產(chǎn)國(guó)，其中美國(guó)擁有研發(fā)成功世界第一顆人造金剛石和立方氮化硼的DI公司（即原G.E公司的超硬材料部），美國(guó)現(xiàn)在也是世界主要的工業(yè)金剛石生產(chǎn)國(guó)、最大的消耗國(guó)和進(jìn)口國(guó)，2013年美國(guó)進(jìn)口金剛石7.27億克拉，其中從我國(guó)進(jìn)口量為5.92億克拉，占其總進(jìn)口量的81.4%，美國(guó)是我國(guó)金剛石出口的最大市場(chǎng)。表1為2013年美國(guó)進(jìn)口金剛石的具體相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 2013年美國(guó)進(jìn)口金剛石

表2 近5年日本進(jìn)口金剛石統(tǒng)計(jì)表

日本是世界進(jìn)口人造金剛石第二大國(guó)家，1999年日本進(jìn)口金剛石1.0187億克拉，平均價(jià)格0.68美元/克拉，總金額6927億美元。2003年日本進(jìn)口了1.2815億克拉，平均價(jià)格為0.356美元/克拉，總金額4562億美元，具體相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。2013年日本進(jìn)口我國(guó)金剛石0.969億克拉，占其進(jìn)口份額的43.4%。主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中愛(ài)爾蘭占15.6%，美國(guó)、韓國(guó)分別占13.2%、8.1%，這三個(gè)國(guó)家加起來(lái)所占比例稍小于我國(guó)，具體相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 2013年日本進(jìn)口金剛石

國(guó)外從事超硬材料及制品生產(chǎn)有影響立的主要公司有：英國(guó)的元素六公司（E6公司，即原來(lái)的De Beers公司）、美國(guó)D.I公司（即原來(lái)的G.E公司）、美國(guó)合成公司、日本住友、日本昭和電工、韓國(guó)日進(jìn)等，E6公司是世界上最大的金剛石壟斷企業(yè)，控制天然金剛石的85%，其人造金剛石產(chǎn)品系列最為齊全：① 高強(qiáng)度金剛石SDA、SDB、DSN系列，SDA系列（SDAD、SDA+）為該公司久負(fù)盛名的傳統(tǒng)高品級(jí)產(chǎn)品，SDBl000系列（DBl025-SDB1125）為粉狀觸媒生產(chǎn)的高檔新產(chǎn)品，DSN系列（DSN41-DSN47）為新購(gòu)德國(guó)溫特技術(shù)生產(chǎn)的高檔新產(chǎn)品；② 中強(qiáng)度金剛石MDA系列；③ 特殊產(chǎn)品系列CDA （PDA321），為低強(qiáng)度自銳性金剛石。G.E公司是與E6公司并列的世界著名金剛石公司，也有類(lèi)似的各系列金剛石產(chǎn)品：高強(qiáng)度產(chǎn)品MBS700系列、MBS900系列；中強(qiáng)度產(chǎn)品MBG系列（MBG300，MBG600-660）；低強(qiáng)度產(chǎn)品RVG系列。

國(guó)外超硬材料制品的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）金剛石與工具的鍍覆技術(shù)大幅度提高和完善工具性能

金剛石鍍覆的優(yōu)越性在于鍍覆能與金剛石形成化學(xué)鍵合，并與周?chē)ンw形成化學(xué)/冶金結(jié)合而提高金剛石的把持力。在鋸片刀頭使用過(guò)程中，能使金剛石的脫落率大為降低，在相同壽命情況下，使鋸切效率提高50%。此外鍍覆還可保護(hù)金剛石，完善其使用性能。鍍覆可保護(hù)金剛石表面，防止胎體中石墨化形成的元素如鐵、鎳、鈷的浸蝕作用，并可防止金剛石氧化，提高其熱穩(wěn)定性，還可強(qiáng)化金剛石性能。金剛石經(jīng)過(guò)不同的金屬鍍覆，在金剛石表面會(huì)形成各種不同的碳化物而產(chǎn)生新的化學(xué)鍵合，提高了金剛石把持力，與胎體金屬則形成化學(xué)/冶金結(jié)合，增加金剛石/胎體之間結(jié)合強(qiáng)度，并能抵抗對(duì)金剛石的氧化與石墨化，最終提高金剛石工具的使用效率與壽命。

近年來(lái)采用CVD、PVD、PACVD等工藝將金剛石、立方氫化硼、TiN、cBN、TiAlN-cBN沉積在碳化鎢硬質(zhì)合金工具上，提高了高速切削工具的效率及使用壽命和表面光潔度，對(duì)降低汽車(chē)工業(yè)、航空航天工業(yè)加工成本方面帶來(lái)了巨大效益。

（2）金剛石均勻有序排列技術(shù)顯著提高鋸切效率與壽命

在常規(guī)金剛石工具中，金剛石在金屬胎體中是隨機(jī)分布/無(wú)序排列的，因此金剛石在刀頭中容易產(chǎn)生偏析與聚集。在金剛石富集區(qū)，金剛石不能有效利用而浪費(fèi)，且由于此區(qū)金剛石濃度高，金剛石密集，金剛石鋸切力小，易于拋光與磨損，同時(shí)易于賭塞與阻礙巖屑有效排除，致使鋸切效率下降。在金剛石稀少區(qū)，由于承受大的負(fù)荷，沖擊力大，金剛石易于碎裂與脫落。因此金剛石隨機(jī)分布/無(wú)序排列常常導(dǎo)致降低鋸切效率與縮短工具壽命的惡性循環(huán)。2005年韓國(guó)新韓公司實(shí)現(xiàn)了鉆石陣，將其產(chǎn)業(yè)化，推出ARIX技術(shù)，均勻/有序排列鋸片使用效果很好，其鋸切效率和鋸切壽命均得到大幅度提高。

（3）柔性金剛石工具制造技術(shù)進(jìn)步

國(guó)外金剛石繩鋸的應(yīng)用已近30年，由于其技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣。近10年來(lái)的發(fā)展具有以下特點(diǎn)∶① 串珠與繩鋸生產(chǎn)設(shè)備系列化與自動(dòng)化。德國(guó)Dr.Fritsch（飛羽）公司經(jīng)過(guò)幾年的開(kāi)發(fā)，推出一整套串珠與繩鋸生產(chǎn)專用設(shè)備；② 針對(duì)不同使用條件生產(chǎn)串珠專用金屬粉末。德國(guó)Dr.Fritsch（飛羽）公司粉末事業(yè)部為串珠生產(chǎn)能提供各種專用粉末；③ 采用熱等靜壓（HIP-Hot IsostaticPressing）法提高串珠致密化程度及其性能。采用熱等靜壓的優(yōu)點(diǎn)是∶從微觀結(jié)構(gòu)上看，串珠具有很高的化學(xué)-物理均勻性；串珠金剛石胎體層無(wú)孔隙或很少孔隙，密度提高；提高了胎體對(duì)金剛石的把持力；較低的燒結(jié)溫度與時(shí)間，有利于防止晶粒長(zhǎng)大和金剛石表面石墨化，特別是采用Co、Fe、Ni金屬胎體時(shí)有其優(yōu)越性；④ 采用金剛石注射成形技術(shù)，生產(chǎn)雙凸肩幾何形狀串珠，改善串珠性能；⑤適應(yīng)建筑工程需要，研制小型繩鋸機(jī)，針對(duì)建筑工程特點(diǎn)，繩鋸應(yīng)用不斷創(chuàng)新；⑥ 小直徑繩鋸及組鋸繩鋸機(jī)的成功開(kāi)發(fā)。

（4）金剛石與cBN單層釬焊技術(shù)的發(fā)展

與單層電鍍工藝相比，采用金剛石與cBN單層釬焊工藝，金剛石與cBN顆粒凸出高（72%對(duì)45%），因此切深大、容屑好、排屑與冷卻良好、鋸切磨削效率高，它可實(shí)施金剛石與cBN規(guī)則有序排列，因此可更好地控制加工件的表面粗糙度、平面度與表面質(zhì)量。若將金剛石與cBN相適應(yīng)的鍍覆工藝相結(jié)合，可進(jìn)一步提高其把持力，改善對(duì)磨料的保護(hù)作用，有利于提高其壽命與效益。

2.2 國(guó)外超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）隨著世界上工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，超硬材料工業(yè)在世界范圍內(nèi)受少數(shù)國(guó)家（公司）壟斷的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，生產(chǎn)布局向多極化方向發(fā)展。

（2） 由于超硬材料在各工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，超硬材料市場(chǎng)的總體需求穩(wěn)定增長(zhǎng)，市場(chǎng)價(jià)格穩(wěn)中有降，用于加工非金屬材料和建筑材料的工業(yè)金剛石所占比重將繼續(xù)增大。

（3） 根據(jù)各工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求制定的產(chǎn)品系列以及專用產(chǎn)品系列，規(guī)格品種進(jìn)一步完善。

（4） 以精密、超精密、高效率、長(zhǎng)壽命以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用為特點(diǎn)的金剛石工具正逐步形成系列。金剛石工具的應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)研究和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展迅速。一些小型金剛石工具（如小規(guī)格金剛石切割片、金剛石電鍍修整工具等）已進(jìn)入家庭。

（5） 高技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，工業(yè)用單晶大顆粒和納米級(jí)超細(xì)微粉產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。采用單晶大顆粒人造金剛石制成單晶鉆石工具在工業(yè)上得到成功應(yīng)用。

（6） 低壓氣相沉積（CVD）技術(shù)取得重大進(jìn)展，金剛石薄膜作為新型結(jié)構(gòu)材料和功能材料進(jìn)入市場(chǎng)。充分顯示出人造金剛石新應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊發(fā)展前景。

（7） 靜壓法及金剛石壓機(jī)仍是當(dāng)今生產(chǎn)超硬材料最主要的裝備，不同類(lèi)型的合成設(shè)備各有所長(zhǎng)，壓機(jī)大型化是超硬材料工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

（8） 動(dòng)態(tài)法臺(tái)成金剛石已走上工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，新的合成方法（如液相外延、激光法等）將引起人們的普遍關(guān)注。

2.3 國(guó)外超硬材料及制品應(yīng)用領(lǐng)域的拓展

中國(guó)是世界人造金剛石和立方氮化硼的最大生產(chǎn)國(guó)，然而在高端超硬材料及制品的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上卻落后國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。國(guó)外，尤其以德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家為主，在超硬材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上處于世界領(lǐng)先，其應(yīng)用遍布各個(gè)領(lǐng)域。

（1） 傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

1）研磨和拋光

人造金剛石和立方氮化硼材料在研磨和拋光領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。研磨是指使用磨料以特定方式磨去工件表面的材料，從而加工出精確的形狀，并達(dá)到合乎要求的表面質(zhì)量。研磨加工通常需要用到將磨粒與陶瓷、樹(shù)脂或金屬結(jié)合劑制成的砂輪，是機(jī)械、汽車(chē)、玻璃工業(yè)或行業(yè)精密加工和建筑業(yè)頂級(jí)研磨和拋光工具的關(guān)鍵組成部分，圖1為金剛石磨片用于石材的打磨、拋光。

圖1 金剛石磨片用于石材打磨、拋光

2）地質(zhì)勘察、采礦和隧道挖掘

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在地質(zhì)勘察、天然巖石和礦石的采掘、運(yùn)送和加工時(shí)，由于面臨極端嚴(yán)酷的磨損環(huán)境。已大量使用超硬材料工具替代傳統(tǒng)工具，這樣可極大提高鉆探速率和延長(zhǎng)工作壽命，從而實(shí)現(xiàn)卓越的性能和生產(chǎn)力。

人造金剛石磨料已用作勘探和爆破鉆孔的工作介質(zhì)，用以穿透最堅(jiān)硬的地層。PCD（聚晶金剛石）、PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）可鑲嵌在鉆頭和截齒上，用作大型切割或撞擊/沖擊表面，以實(shí)現(xiàn)更高鉆進(jìn)速率和更長(zhǎng)使用壽命，其價(jià)值在偏遠(yuǎn)地域作業(yè)時(shí)更加凸顯。對(duì)于巖層過(guò)于堅(jiān)硬，PCD、PDC切削齒不能有效鉆探的場(chǎng)合，則使用孕鑲?cè)嗽旖饎偸@頭來(lái)解決問(wèn)題。針對(duì)不同的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)制作各種系列的鉆頭樣式、耐磨件和釬片，用于硬巖采礦和軟巖采礦。

圖2 金剛石工具用于采礦和隧道挖掘

3）石油和天然氣開(kāi)采

目前，開(kāi)采地球現(xiàn)存能源的難度越來(lái)越高，而能源的可持續(xù)供應(yīng)至關(guān)重要，必須開(kāi)發(fā)種類(lèi)齊全的工具材料來(lái)滿足石油和天然氣行業(yè)鉆探需求。油氣勘采領(lǐng)域?qū)ぞ卟牧细翘岢隽撕芨咭?，包括極高耐磨性、高負(fù)荷、高工作溫度以及耐受侵蝕和腐蝕性外部環(huán)境。使用聚晶金剛石（PCD）、聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）可以提供更快更持續(xù)的鉆井，減少鉆井時(shí)間，并將昂貴的停工期最小化，PDC由頂層的聚晶金剛石與硬質(zhì)合金襯底在高壓高溫條件下燒結(jié)而成，金剛石層能控制磨損并保持刃口鋒利，而硬質(zhì)合金襯底可增強(qiáng)產(chǎn)品韌性，且方便與鉆頭基體相連接。這種層結(jié)合方式使PDC保持一貫的高鉆進(jìn)性能，可以通過(guò)使用最新的材料技術(shù)和優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用場(chǎng)合最優(yōu)的鉆進(jìn)性能。

4）石材開(kāi)采、加工和建筑工程施工

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家甚至一些發(fā)展中國(guó)家出于節(jié)能、降耗、環(huán)保和保護(hù)資源、減低生產(chǎn)成本方面的考慮，已在石材開(kāi)采、加工和建筑工程施工等領(lǐng)域全面推廣使用超硬材料工具，人造金剛石微粉、聚晶金剛石（PCD）為鋸切、切割、研磨、拋光、地基鉆探、挖溝、隔墻切割、隧道挖掘和土壤加固提供最佳性能。使用大直徑金剛石鋸片、金剛石繩鋸進(jìn)行礦山開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)黑火藥爆破開(kāi)采石材出材率提高到3倍，由30%提高到90%，同時(shí)有效扼制了黑火藥爆破帶來(lái)的資源破壞、浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境污染、破壞及安全問(wèn)題。使用大直徑金剛石鋸片、金剛石繩鋸進(jìn)行石材板材切割，實(shí)現(xiàn)高速、高效率和壽命長(zhǎng)的綠色環(huán)保施工。高品質(zhì)金剛石工具用于路面、機(jī)場(chǎng)跑道和其它瀝青和混凝土中定量清除瀝青或混凝土層的冷刨和打磨，不但使其達(dá)到一定的深度或橫向坡度，而且銑刨機(jī)將瀝青切下，可直接將其裝到貨車(chē)上，并帶走供回收利用，這種材料后來(lái)被重新用來(lái)鋪設(shè)新的路面，這種全新的路面基礎(chǔ)設(shè)施恢復(fù)方式既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。金剛石薄壁鉆頭已普遍用于混凝土鉆孔進(jìn)行公用設(shè)施電纜的鋪設(shè)施工，此外，金剛石工具在地基鉆探、混凝土路面開(kāi)槽、挖溝、隔墻切割、隧道挖掘和土壤加固等苛刻的地面施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖3 金剛石工具用于石油和天然氣鉆探

圖4 金剛石工具用于石材板材切割、瀝青或混凝土層的冷刨和鉆孔、取芯

（2） 高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

1）航空工業(yè)

① 航空零部件的切削、銑削、鉆孔和研磨超硬材料被應(yīng)用在航空零部件及系統(tǒng)的精密切削、銑削、鉆孔和研磨加工領(lǐng)域，滿足了航空航天業(yè)因引進(jìn)難加工材料（如復(fù)合材料和高強(qiáng)度金屬）而不斷變化的新需求?？梢蕴岣咔懈钏俣燃斑\(yùn)營(yíng)生產(chǎn)率，工具壽命比傳統(tǒng)的工具材料高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

② 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）和鈦鉆孔、銑削和車(chē)削

在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零部件制造，以及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（通常與鈦合金連接）零部件銑削、鉆孔方面，人造單晶金剛石和PCD（聚晶金剛石）鉆頭和刨槽工具可以大幅延長(zhǎng)工具壽命，為除極小部件之外的應(yīng)用領(lǐng)域提供最佳解決方案。用PCD車(chē)削和銑削鈦合金，切割速度、壽命是其它工具材料的幾倍。航空工業(yè)中使用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件與鈦合金部件連接在一起形成的所謂“疊層”極難加工。PCD是加工“疊層”組件的唯一選擇。

圖5 金剛石工具用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零部件制造

③ 航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件研磨

cBN（立方氮化硼）材料用于研磨渦輪葉根以及加工發(fā)動(dòng)機(jī)罩的精確間隙。相對(duì)于傳統(tǒng)磨料，cBN可在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較高的硬度和鋒利度，其耐磨性比最常見(jiàn)的傳統(tǒng)氧化鋁磨料高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而使外形精度維持得更久，并大幅度提高研磨效率。

④ 高溫合金車(chē)削

PCBN（聚晶立方氮化硼）材料被越來(lái)越多地用于鎳基高溫合金盤(pán)件和軸的半精加工，在鎳基和鈷基高溫合金的精加工方面，與涂層及無(wú)涂層硬質(zhì)合金工具相比，PCBN工具能夠可靠地實(shí)現(xiàn)300米/分鐘或更高的加工速度，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的工具壽命，使生產(chǎn)率提高6倍，并提高表面質(zhì)量。

圖6 PCBN用于高溫合金車(chē)削

2）汽車(chē)工業(yè)

超硬材料已被大量用于汽車(chē)行業(yè)的精密加工領(lǐng)域。每個(gè)汽車(chē)零部件都需要穩(wěn)定、精密的生產(chǎn)工藝，以滿足最終的可靠性需求，超硬材料可滿足鏜孔、銑削、機(jī)械加工、開(kāi)槽、鉸孔、研磨、車(chē)削和珩磨等應(yīng)用場(chǎng)合的極端性能需求，可用在汽車(chē)制造的整套流程中，從合金輪轂、缸體、凸輪和曲軸套管加工到變速箱銑削、鉆孔和鉸孔。如在汽車(chē)覆蓋件生產(chǎn)中，它們可用于加工臨界發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱部件、中介軸、車(chē)輪和剎車(chē)盤(pán)裝配、車(chē)窗以及模具等。與傳統(tǒng)的工具材料相比，超硬材料可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力系統(tǒng)工廠實(shí)現(xiàn)更可靠的切削和研磨工藝，提高切削和磨削速度、延長(zhǎng)工具壽命、降低總運(yùn)營(yíng)成本并提高操作效率。

圖7 超硬材料工具用于汽車(chē)合金輪轂、缸體、凸輪和曲軸套等零部件加工

3）電子、通訊行業(yè)

超硬材料已廣泛于電子行業(yè)。人造金剛石單晶應(yīng)用范圍包括包括熱管理、半導(dǎo)體、傳感器、電子元器件、醫(yī)療輻射測(cè)量?jī)x、高能物理研究用安全系統(tǒng)探測(cè)器、輻射探測(cè)器和紅外傳感系統(tǒng)。主要通過(guò)其先進(jìn)的單晶CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石材料服務(wù)電子行業(yè)。人造金剛石單晶有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和電絕緣性能，是一種寬帶隙半導(dǎo)體，可以支持高電場(chǎng)而不被擊穿。國(guó)外某實(shí)驗(yàn)室公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)并率先商業(yè)化提供由氮化鎵（GaN，世界上最強(qiáng)大的半導(dǎo)體材料）和人造金剛石（導(dǎo)熱率最高的材料）通過(guò)原子級(jí)結(jié)合構(gòu)成的復(fù)合型半導(dǎo)體晶片。這一組合可以為通信和雷達(dá)領(lǐng)域提供更高功率和更高頻率的電子器件，也可針對(duì)鐵路、混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域提供體積更小、更節(jié)能的電源轉(zhuǎn)換/傳輸產(chǎn)品。此外，該實(shí)驗(yàn)室公司目前與一家商業(yè)伙伴合作開(kāi)發(fā)高性能、高效節(jié)能的金剛石上氮化鎵基LED。

圖6 超硬材料工具用于電子行業(yè)

4）激光與光學(xué)

人造金剛石將一系列優(yōu)異的光學(xué)、導(dǎo)熱、輻射硬度等性能完美結(jié)合在一起，使其成為富有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用領(lǐng)域的首選材料。在所有已知材料中，人造金剛石的光譜波段最寬，可實(shí)現(xiàn)從紫外線到遠(yuǎn)紅外及毫米波微波的理想透過(guò)率，再加上其高硬度、高導(dǎo)熱性和化學(xué)惰性，人造金剛石成為許多工業(yè)、研發(fā)和國(guó)防光學(xué)應(yīng)用中的理想窗口材料。

人造金剛石光學(xué)材料主要應(yīng)用在激光光學(xué)元件、紅外光譜儀和無(wú)線電射頻（RF）光學(xué)元件上。人造金剛石相關(guān)材料及制品已應(yīng)用于激光和光學(xué)行業(yè)。人造單晶金剛石和多晶CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石是高功率CO2激光器、碟片激光器和固態(tài)激光器的核心組成部分，可以確保持久穩(wěn)定地發(fā)出高光學(xué)質(zhì)量的激光束。人造金剛石單晶和多晶CVD金剛石已在分子光譜領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，人造金剛石衰減全反射棱鏡用于FTIR（傅氏轉(zhuǎn)換紅外光譜分析儀），可提供強(qiáng)大功能的支持，并促使這一通用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。人造金剛石用于ATR（拉曼激光器），其極端特性可令激光功率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

人造金剛石已應(yīng)用于紅外光譜學(xué)領(lǐng)域，包括ATR（衰減全反射）棱鏡、安裝夾具或探針上的ATR棱鏡、斜面窗和半球形鏡片。紅外光譜學(xué)領(lǐng)域不僅利用了人造金剛石在較長(zhǎng)紅外波長(zhǎng)的透光性，還運(yùn)用了它優(yōu)異的化學(xué)惰性及機(jī)械強(qiáng)度。由人造金剛石光學(xué)元件制成的樣品座即使在最?lèi)毫拥沫h(huán)境下和磨損度最高的作業(yè)方式下，依舊能保持原樣，其光學(xué)元件不會(huì)因化學(xué)侵蝕或惡劣的機(jī)械作業(yè)而受到損壞，并且信號(hào)質(zhì)量可以一直保持穩(wěn)定。以上這些特性都有助于開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的FTIR（傅立葉變換紅外）光譜儀，即使在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境外，它也能發(fā)揮其優(yōu)異的性能。

人造金剛石可用于RF光學(xué)元件，包括高功率陀螺儀的出射窗（安裝和未安裝）和光束線窗口的出射窗。人造金剛石在開(kāi)發(fā)可持續(xù)能源系統(tǒng)（如核聚變）中也發(fā)揮著舉足輕重的作用。人造金剛石在RF頻率范圍的低吸收特性及其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度有助于建成兩兆瓦的回旋管，用于加熱聚變反應(yīng)堆的等離子體（在托卡馬克裝置中）。光束線窗口有助于降低高能輻射從發(fā)射源（回旋管）到靶材（等離子體）傳輸過(guò)程中的損耗。

HPHT（高溫高壓）IIa板狀人造金剛石可用于制造X射線單色儀。大型的第三和第四代光源設(shè)備（同步加速器和自由電子激光器）是采用極高能量、亮度和/或極高脈動(dòng)密度電子束的超級(jí)顯微鏡，用以研究從新型納米結(jié)構(gòu)到生物分子和龐大沸石等一系列材料的結(jié)構(gòu)。光束線發(fā)射極高能量的X射線，因此需要有散熱極快且不會(huì)因?yàn)楦呙芏壬渚€照射而損壞或變形的光學(xué)窗口及一系列其它部件，如光束分離器、相位板、單色儀板、波動(dòng)器和濾波器等。人造金剛石具有優(yōu)異的熱學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能及極高的回復(fù)性，因此它在嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)合中表現(xiàn)遠(yuǎn)勝過(guò)其它晶體材料。IIA型高溫高壓人造金剛石被視為同步加速器光學(xué)元件的人造金剛石頂級(jí)材料選擇，原因在于其具有極高導(dǎo)熱性，且內(nèi)部含有極少可導(dǎo)致晶格扭曲的缺陷和雜質(zhì)。

5）其他應(yīng)用

除上述領(lǐng)域外，超硬材料在國(guó)外其他領(lǐng)域也得到拓展應(yīng)用：人造金剛石已成為一系列量子應(yīng)用（安全量子通信、量子計(jì)算和磁/電場(chǎng)感應(yīng)）的候選材料；聚晶金剛石軸承摩擦系數(shù)低，極為堅(jiān)硬，非常適用于在惡劣的環(huán)境中工作的；聚晶金剛石（PCD）推力和徑向軸承摩擦系數(shù)非常低，具有高導(dǎo)熱性，高斷裂韌性和極高硬度，可以在高負(fù)荷、高溫，甚至最具侵蝕性和腐蝕性的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)獨(dú)一無(wú)二的高性能作業(yè)，如潮汐技術(shù)和在最?lèi)毫迎h(huán)境中運(yùn)作的風(fēng)力渦輪機(jī)；人造金剛石電極可用于處理各種常規(guī)手段很難或無(wú)法處理的工業(yè)廢水和填埋場(chǎng)瀝出物，有效實(shí)現(xiàn)廢水處理；人造金剛石可以實(shí)現(xiàn)臭氧的大規(guī)模生產(chǎn)，臭氧是強(qiáng)大的消毒劑，幾乎可以殺死所有已知的病原體；人造金剛石的所有極端特性，特別是它的硬度、耐磨性和化學(xué)惰性，都可以應(yīng)用在傳感器上，與其它任何傳感器相比，人造金剛石的性能使其對(duì)水中更廣范圍的雜質(zhì)更敏感，人造金剛石有望成為污染物探測(cè)器的首選，用于各種應(yīng)用環(huán)境中可能會(huì)危害健康的污染物探測(cè)。

人造金剛石的許多極端特性，如導(dǎo)熱性、化學(xué)惰性和半導(dǎo)體特性，提供了極為廣泛的應(yīng)用潛力。除了耐磨應(yīng)用外，國(guó)外正專注于研究電力、環(huán)境和生命科學(xué)應(yīng)用，不斷探索超硬材料新用途，占據(jù)超硬材料技術(shù)領(lǐng)先地位。

3 國(guó)內(nèi)超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

3.1 國(guó)內(nèi)超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1963年12月6 日我國(guó)成功合成出第一顆國(guó)產(chǎn)人造金剛石，1964年由濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所和鄭州磨料磨具磨削研究所聯(lián)合設(shè)計(jì)并制造出我國(guó)第一臺(tái)6x6MN鉸鏈?zhǔn)健傲嬲琛焙铣扇嗽旖饎偸瘜Ｓ脵C(jī)，為我國(guó)人造金剛石的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，1966年成功合成出我國(guó)第一顆cBN。超硬材料產(chǎn)業(yè)自從形成以來(lái)，一直在蓬勃發(fā)展，發(fā)展歷程可分為以下幾個(gè)階段：從金剛石投入中試生產(chǎn)的1966年開(kāi)始到1984年為從無(wú)到有的發(fā)展歷程，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)47%；1985到1999年為從小到大的發(fā)展歷程，年均復(fù)合增長(zhǎng)率還高達(dá)33%；2000年到2010年為從弱向強(qiáng)的發(fā)展歷程，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為21%；2011年至今，受?chē)?guó)際經(jīng)濟(jì)下行的影響，超硬材料行業(yè)也受到了一定影響，但年均復(fù)合增長(zhǎng)率仍保持在15%左右，此期間超硬材料及制品的質(zhì)量在快速提高，金剛石及立方氮化硼單晶已接近、部分已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)中、高檔制品不斷涌現(xiàn)。用批量生產(chǎn)后的1982～2013年的金剛石產(chǎn)量增長(zhǎng)率與我國(guó)同期的國(guó)民生產(chǎn)總值（GDP）增長(zhǎng)率進(jìn)行對(duì)比，除了個(gè)別年份外，30余年間金剛石產(chǎn)量增長(zhǎng)率均遠(yuǎn)高于GDP的增長(zhǎng)率，說(shuō)明我國(guó)超硬材料行業(yè)發(fā)展速度大大高于GDP的發(fā)展速度，這是在國(guó)家沒(méi)有特別政策支持狀態(tài)下和在國(guó)內(nèi)外充分競(jìng)爭(zhēng)下取得的發(fā)展成果，是金剛石及其制品本身的高精、高效、長(zhǎng)壽命、低成本、低消耗等特性所使然，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將延續(xù)這種態(tài)勢(shì)。

我國(guó)超硬材料行業(yè)經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成了具有自己特點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)，形成了多個(gè)各具特色的超硬材料產(chǎn)業(yè)集群或產(chǎn)業(yè)帶：（1） 單晶材料。經(jīng)過(guò)幾十年，尤其是在河南省政策和資金的支持下，河南的金剛石工業(yè)得到了空前的大發(fā)展，先后建立起了黃河旋風(fēng)股份有限公司、中南工業(yè)有限公司和鄭州華晶金剛石股有限公司三家“航母”量級(jí)的金剛石制造企業(yè)，成為中國(guó)和世界超硬材料生產(chǎn)的最大基地，其產(chǎn)量占中國(guó)金剛石單晶產(chǎn)量的80%，為使得中國(guó)占世界金剛石總產(chǎn)量的90%以上作出主要貢獻(xiàn)。河南富耐克超硬材料有限公司和鄭州中南杰特超硬材料有限公司是國(guó)內(nèi)兩家頂級(jí)從事立方氮化硼材料研發(fā)與生產(chǎn)的大型企業(yè)，2013年立方氮化硼單晶產(chǎn)量突破3億克拉，約占世界總產(chǎn)量的60%。（2） 制品。隨著金剛石及其工具制品應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，各地紛紛利用自身的技術(shù)、資源、市場(chǎng)和地域優(yōu)勢(shì)，不斷地壯大金剛石及其工具制品生產(chǎn)規(guī)模，延伸其范圍，先后形成了長(zhǎng)江三角洲（主要分布于丹陽(yáng)、蘇州、無(wú)錫與上海，以出口為主的燒結(jié)類(lèi)金剛石工具基地）、珠江三角洲（主要分布于佛山南海、廣州、東莞和云浮，以陶瓷石材工具為主的加工與出口基地）、河北石家莊地區(qū)（以民營(yíng)股份制企業(yè)為主，針對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)為主的燒結(jié)和激光焊接金剛石工具基地）、北京地區(qū)（主要以國(guó)有股份制企業(yè)為主，生產(chǎn)中高檔燒結(jié)鋸片、激光焊接工具為主，以出口市場(chǎng)為主體的金剛石工具企業(yè)，以科研院所為基礎(chǔ)發(fā)展的金剛石工具研發(fā)與生產(chǎn)基地，具有雄厚的研發(fā)力量，始終引領(lǐng)金剛石工具新潮流與前沿陣地）、河南鄭州、湖北鄂州（以生產(chǎn)刀頭為主的金剛石工具基地）和福建泉州（加工石材大鋸片與刀頭的金剛石工具基地）等六大金剛石工具區(qū)域性產(chǎn)業(yè)集群。

在形成上述產(chǎn)業(yè)基地和企業(yè)群的同時(shí)，行業(yè)發(fā)展也鍛煉和培養(yǎng)了成千上萬(wàn)專門(mén)從事金剛石工具研究開(kāi)發(fā)和企業(yè)管理的人才隊(duì)伍；并建立了以中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院、鄭州磨料磨具與磨削所為依托單位的國(guó)家級(jí)工程技術(shù)研究中心，以及吉林大學(xué)為依托單位的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以北京鋼鐵研究總院、北京有色金屬研究總院、安泰科技、黃河旋風(fēng)等企業(yè)為依托單位的國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，以及吉林大學(xué)、燕山大學(xué)、華僑大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)等高端人才培養(yǎng)基地，形成行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)體系。五十年的發(fā)展歷程，凝聚著金剛石工具界老中青從業(yè)員工的辛勤汗水與智慧精華，通過(guò)“引進(jìn)技術(shù)高效消化吸收、自主創(chuàng)新新穎實(shí)用高效”的技術(shù)發(fā)展過(guò)程，形成了蓬勃興旺、高速發(fā)展、充滿活力的中國(guó)特色金剛石工具產(chǎn)業(yè)體系，為我國(guó)金剛石工業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

與國(guó)外相比，我國(guó)超硬材料行業(yè)現(xiàn)狀具有以下特點(diǎn)：

（1） 生產(chǎn)設(shè)備獨(dú)具特色

我國(guó)合成金剛石絕大部分采用的是六面頂壓機(jī)，該設(shè)備及相應(yīng)的人造金剛石合成技術(shù)具有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這種設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作及維護(hù)方便、使用要求不高及易于推廣、投資小等特點(diǎn)，非常適合中國(guó)國(guó)情。特別是生產(chǎn)中、低檔次金剛石具有較大的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)隨著該設(shè)備的性能不斷完善和合成工藝水平的提高，超硬材料單晶質(zhì)量和性能已大幅度提高，接近、部分產(chǎn)品性能已達(dá)到國(guó)際水平。但是，由于六面頂壓機(jī)結(jié)構(gòu)上的原因，擴(kuò)大腔體較為困難。

（2） 制品發(fā)展相對(duì)滯后

我國(guó)在超硬材料制品方面，包括品種、規(guī)模、工藝技術(shù)、制品制造設(shè)備、產(chǎn)品性能及應(yīng)用領(lǐng)域等多方面，與國(guó)際先進(jìn)水平相比均存在差距。在制品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化方面的工作做得也不夠，特別是在制品研發(fā)和投入上差距更大，未形成很強(qiáng)的綜合開(kāi)發(fā)能力。

（3） 大而不強(qiáng)

生產(chǎn)總量大，但技術(shù)水平普遍不高，據(jù)保守估計(jì)國(guó)內(nèi)從事超硬材料及制品生產(chǎn)的廠家上千家以上，除超硬材料單晶產(chǎn)品生產(chǎn)相對(duì)集中外，絕大多數(shù)制品生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模都不大，尤其是石材工具制造企業(yè)，產(chǎn)品技術(shù)水平不高，制品品種多，但產(chǎn)品系列化差，穩(wěn)定性差。總的說(shuō)來(lái)，我國(guó)能生產(chǎn)絕大部分超硬材料制品品種，但缺乏系列性產(chǎn)品，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性差，難以滿足用戶高端使用的需求，阻礙了我國(guó)超硬材料制品的應(yīng)用和發(fā)展。同時(shí)，由于生產(chǎn)企業(yè)行政管理主管部門(mén)的不同，分屬機(jī)械、石油、地質(zhì)、煤炭、建材、核工業(yè)、冶金、有色、航空航天等，無(wú)法統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一管理，難以統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，因而難以整合我國(guó)超硬材料現(xiàn)有力量，進(jìn)行集約化規(guī)模發(fā)展，目前小企業(yè)多、大企業(yè)少的現(xiàn)狀近期內(nèi)難以改變。

圖9 40年前合成塊與塊現(xiàn)用的合成塊比較a.Ф10-12mm合成塊； b.Ф58mm合成塊

圖10 金剛石單晶

圖11 CBN單晶

（4） 配套原材料及設(shè)備自給能力較強(qiáng)，但水平不高，滯后發(fā)展

我國(guó)從合成人造金剛石的原材料、各種制品的原材料到合成、分選設(shè)備以及絕大多數(shù)制品的制造設(shè)備均能自己生產(chǎn)、制造，奠定了具有中國(guó)特色的超硬材料產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。但從整體來(lái)看，水平不高，發(fā)展滯后，特別是在高端產(chǎn)品制造方面，我國(guó)的原材料及設(shè)備等都不能滿足要求，嚴(yán)重地制約了我國(guó)超硬材料由弱向強(qiáng)的發(fā)展步伐。

國(guó)內(nèi)超硬材料及制品的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1） 超硬材料單晶單產(chǎn)、質(zhì)量快速增長(zhǎng)

隨著設(shè)備大型化的變化，超硬材料單晶合成腔體由40年前的直徑Ф10-12mm發(fā)展到了目前的直徑Ф58mm，金剛石單產(chǎn)由幾克拉提高到了目前的200-250ct（最高達(dá)400ct），增加了40-80倍，單晶質(zhì)量大幅度提高，接近、部分達(dá)到國(guó)外高端產(chǎn)品水平。目前，我國(guó)人造金剛石年產(chǎn)量已達(dá)到150億克拉以上，占世界總產(chǎn)量的90%以上，立方氮化硼的年產(chǎn)量也達(dá)到3.5億克拉以上，占世界總產(chǎn)量的近70%，我國(guó)已成為世界超硬材料生產(chǎn)大國(guó)。在上世紀(jì)九十年代我國(guó)還只能生產(chǎn)40/45、45/50、50/60高品質(zhì)金剛石，進(jìn)入新世紀(jì)，開(kāi)始突破了30/35、35/40，繼而有了20/25、25/30，更甚至到了10/12、12/14、14/16、16/18……，目前毫米級(jí)金剛石大單晶實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。此時(shí)期又發(fā)展了170/200、200/230、230/270、270/320……優(yōu)質(zhì)細(xì)粒金剛石?，F(xiàn)在發(fā)展的總趨勢(shì)是：粗的更粗，細(xì)的更細(xì)。國(guó)內(nèi)對(duì)立方氮化硼開(kāi)展針對(duì)性研究工作較早，優(yōu)質(zhì)、結(jié)晶好的、晶形完整的、透明的工藝已經(jīng)成熟，產(chǎn)品性能已達(dá)國(guó)際先進(jìn)甚至領(lǐng)先水平，迫使國(guó)外主要生產(chǎn)商減產(chǎn)、停產(chǎn)，轉(zhuǎn)而購(gòu)買(mǎi)中國(guó)產(chǎn)品進(jìn)行貼牌銷(xiāo)售，中國(guó)產(chǎn)品具有定價(jià)話語(yǔ)權(quán)。

（2） 超硬復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)超硬復(fù)合材料（PCD、PDC、PCBN）在產(chǎn)能和產(chǎn)量上都有迅速的發(fā)展，廣泛用于石油、地質(zhì)、冶金、煤田勘探等鉆頭的制造和機(jī)加工刀具的制作。地質(zhì)用PDC主要通過(guò)提高金剛石濃度，選用多峰的粒度配比、高耐熱粘接劑，以及采用多層過(guò)渡層的配合及波浪形、溝壑型等合金交界面技術(shù)，有效降低了PDC的熱膨脹應(yīng)力，提高了其抗沖擊性能。這些技術(shù)的發(fā)展有效地延長(zhǎng)了工具的使用壽命，提高了使用效率，使產(chǎn)品性能（硬度、耐磨性、抗沖擊性）進(jìn)一步提高。

刀具用超硬復(fù)合材料（PDC、PCBN），其應(yīng)用領(lǐng)域決定了其技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)。PDC的技術(shù)發(fā)展具體表現(xiàn)在：① 粒度細(xì)化。具國(guó)際先進(jìn)水平的國(guó)外PDC合成已使用1微米粒度的金剛石微粉，甚至于納米級(jí)粒度的PDC也已成功合成，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)流通的PDC使用的金剛石微粉最細(xì)的只有5微米；② 性能優(yōu)化。國(guó)外在PDC配方設(shè)計(jì)及合成工藝優(yōu)化工作成效顯著，其產(chǎn)品D-D結(jié)合多，性能均勻性高，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品耐磨性和抗沖擊性的合理兼顧，產(chǎn)品具有良好的自銳性；③ 尺寸大型化。目前，國(guó)際市場(chǎng)流通的PDC產(chǎn)品其片徑一般在Ф50～60mm左右，E6公司的PDC在Ф70mm以上，最大的甚至達(dá)Ф110mm左右，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)流通的PDC產(chǎn)品其片徑一般在30mm 以下。而刀具用超硬復(fù)合材料產(chǎn)品尺寸的增大，可有效降低刀具制造者的使用成本，提高了超硬復(fù)合材料的使用面積?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)PDC產(chǎn)品性能主要朝著高硬度、強(qiáng)的紅硬性、好的抗沖擊性、良好的導(dǎo)熱性以及優(yōu)良的工件表面質(zhì)量等方面發(fā)展。

近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)相繼開(kāi)發(fā)了多種專用刀具用PCBN復(fù)合片產(chǎn)品，使PCBN規(guī)格品種不斷增加，切削性能更加優(yōu)良，應(yīng)用范圍也更加廣泛。產(chǎn)品呈現(xiàn)出粒度細(xì)化、性能均勻化、尺寸大型化、高硬度以及良好的紅硬性等發(fā)展趨勢(shì)。

由PDC、PCBN制造的刀具，廣泛應(yīng)用于高性能合金及陶瓷材料的加工，在超硬材料工具中占有很大的份額。超硬材料刀具的發(fā)展主要取決于PDC及PCBN刀具材料的發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)PCD和PCBN刀具材料研究與開(kāi)發(fā)的不斷深入，產(chǎn)品性能將明顯提高并逐步形成系列化，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)突出，相信在未來(lái)不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，國(guó)產(chǎn)PDC和PCBN產(chǎn)品也會(huì)像其它的超硬材料產(chǎn)品一樣，將大部分取代進(jìn)口產(chǎn)品，并且可以大量出口。

（3） 超硬材料磨具制造技術(shù)取得突破

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一些新材料、新工藝和新裝備不斷涌現(xiàn)，超高速、高精加工要求越來(lái)越多，目前CNC磨床已在國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，其磨削線速度已提高到150-200m/s，陶瓷結(jié)合劑超硬材料砂輪已成為磨床加工的首選磨具，以前每年都要大量地進(jìn)口，近年來(lái)國(guó)內(nèi)陶瓷超硬材料砂輪以其優(yōu)越的性能而獲得快速發(fā)展，不少企業(yè)已能提供與進(jìn)口砂輪相當(dāng)?shù)母呔苌拜?，尤其高?qiáng)度低熔點(diǎn)的微晶玻璃結(jié)合劑CBN砂輪已獲得突破，性能接近進(jìn)口砂輪水平，可用于高速精密磨削加工。金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪適合于玻璃加工，而中國(guó)玻璃生產(chǎn)企業(yè)的瘋狂擴(kuò)張，尤其是近幾年光伏玻璃的巨大市場(chǎng)，推進(jìn)了中國(guó)玻璃深加工行業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)玻璃加工金剛石工具一些品種的高檔產(chǎn)品制造上的突破，性能達(dá)到國(guó)際水平，質(zhì)量與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相當(dāng)甚至更好，少量產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，例如高速鉆頭及倒角套、汽車(chē)前檔玻璃加工的快速砂輪、太陽(yáng)能微晶玻璃加工的雙邊快速砂輪等等。國(guó)內(nèi)某公司經(jīng)多年努力，不僅已成為國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能鍍膜玻璃和液晶玻璃加工的主要供應(yīng)商之一，而且產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，在國(guó)外產(chǎn)品連年下調(diào)價(jià)格的背景下，該公司的幾種精優(yōu)產(chǎn)品逐步提高售價(jià)，并影響國(guó)外國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格體系，顯示其已具有國(guó)際市場(chǎng)定價(jià)話語(yǔ)權(quán)。目前，在該公司產(chǎn)品售價(jià)高于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的情況下，國(guó)外多家知名公司仍要求貼牌銷(xiāo)售！

圖14 超硬材料磨（砂）輪

（4） 金剛石鉆頭向廣普化方向發(fā)展

我國(guó)從1960年代后期開(kāi)始人造金剛石地質(zhì)鉆頭、油（氣）井鉆頭研發(fā)，1990年代開(kāi)始工程薄壁鉆頭研發(fā)。1969年冶金部開(kāi)發(fā)中國(guó)首個(gè)人造金剛石鉆頭，1977年后全國(guó)開(kāi)始推廣人造金剛石地質(zhì)鉆探，人造金剛石鉆頭成功用于巖心鉆探，使中國(guó)的巖心鉆探技術(shù)從此向前邁出了跨時(shí)代的一大步，我國(guó)探礦工程發(fā)展的技術(shù)思想從此發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。人造金剛石鉆頭應(yīng)用于地質(zhì)鉆探，開(kāi)啟了中國(guó)地質(zhì)鉆探的新紀(jì)元。1985年“金剛石地質(zhì)巖心鉆探配套技術(shù)的推廣應(yīng)用”這項(xiàng)科技攻關(guān)成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，標(biāo)志著在15年的時(shí)間內(nèi)完成了國(guó)外100年的歷程。目前我國(guó)人造金剛石地質(zhì)鉆頭的制造水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，特別是具有中國(guó)特色的孕鑲金剛石鉆頭的制造水平與工藝已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。1985年引進(jìn)技術(shù)與生產(chǎn)線后，我國(guó)油（氣）井鉆頭的水平與產(chǎn)量均有大幅度提高，目前，我國(guó)已研制出許多不同規(guī)格形狀的油（氣）井鉆頭，解決了鉆井中一些難題，在國(guó)內(nèi)外的油（氣）井生產(chǎn)中得到了廣泛使用，效果顯著，其制造水平已接近于國(guó)際先進(jìn)水平。工程薄壁鉆頭目前的制造工藝與產(chǎn)品綜合技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并大量出口國(guó)外。

人造金剛石地質(zhì)鉆頭是我國(guó)超硬材料工具中最早的金剛石工具之一，其廣泛用于地質(zhì)勘探、水電勘察、工程勘察、建筑施工等領(lǐng)域，巖心鉆探目前是提取地球深部樣品的唯一手段。國(guó)產(chǎn)人造金剛石及其工具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是圍繞金剛石巖心鉆探的應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的；人造金剛石鉆頭的碎巖原理、工具設(shè)計(jì)方法、制造工藝均是國(guó)內(nèi)后來(lái)快速發(fā)展的其他人造金剛石工具的基礎(chǔ)。

圖15 孕鑲金剛石鉆頭、工程薄壁鉆頭PDC鉆頭

近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)油（氣）井鉆頭已逐步過(guò)渡為復(fù)合片鉆頭，其鉆進(jìn)效率和壽命均有了較大提高。隨著國(guó)內(nèi)深部鉆探工程的不斷推進(jìn)，國(guó)內(nèi)的鉆探設(shè)備、鉆進(jìn)技術(shù)、鉆探工具（包括金剛石鉆進(jìn)工具）等在近幾年時(shí)間里發(fā)展十分迅速。對(duì)于長(zhǎng)壽命金剛石鉆頭工具方面，在深部找礦工程中，其要求已由早期單純追求鉆頭長(zhǎng)壽命逐漸過(guò)渡到了長(zhǎng)壽、高效、穩(wěn)定、低耗的“深需求”時(shí)期。許多鉆頭革新技術(shù)已經(jīng)逐漸從理論研究階段一步步邁向了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地實(shí)用階段，并有相當(dāng)一部分新型鉆頭已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)并應(yīng)用到深部鉆探工程中。國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的一次成型熱壓鉆頭、二次成型鑲嵌鉆頭和二次成型電鍍鉆頭在中國(guó)大陸科學(xué)鉆探科鉆1井作業(yè)中，鉆進(jìn)5158m取出4290.91m巖心，鉆頭達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，中國(guó)因此成為世界上僅有的8個(gè)實(shí)施了大陸科學(xué)深鉆的國(guó)家之一。

（5） 金剛石圓鋸片飛速發(fā)展

整體冷壓燒結(jié)金剛石圓鋸片多是Φ400mm以內(nèi)的小規(guī)格鋸片，以Φ105mm-Φ230mm鋸片居多，應(yīng)用范圍十分廣泛，已普遍用于石材加工、陶瓷切割、家庭裝修、混凝土工程的切割和公路的切縫等等。我國(guó)是金剛石鋸片的生產(chǎn)大國(guó)，據(jù)粗略估計(jì)，國(guó)內(nèi)年產(chǎn)量已達(dá)4000～5000萬(wàn)片產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)外金剛石消耗量最大的部份，消耗金剛石年總產(chǎn)量的50-60%，產(chǎn)品大量出口歐美等國(guó)家，較具代表性的是DIY鋸片，約占國(guó)內(nèi)金剛石圓鋸片出口總量的65%以上。隨著品種擴(kuò)大和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，近年來(lái)我國(guó)的冷壓鋸片開(kāi)始從DIY低檔鋸片向?qū)I(yè)鋸片方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)業(yè)內(nèi)人員的多年努力，創(chuàng)造并生產(chǎn)出具有中國(guó)特色的自動(dòng)冷壓機(jī)，成功地減輕了繁重的體力勞動(dòng)，減少了環(huán)境污染，得到各生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，目前正處于大量推廣之中，與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)隧道爐逐步替代了過(guò)去的井式爐和鐘罩爐。自動(dòng)冷壓機(jī)和隧道爐在整體冷壓片生產(chǎn)中的推廣，大大減少了勞動(dòng)力的投入，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，進(jìn)一步鞏固和提高了我國(guó)金剛石鋸片在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)地位。

金剛石陶瓷鋸片（也叫瓷磚片）用于釉面磚、通體磚的切割加工，在國(guó)內(nèi)陶瓷產(chǎn)地如佛山、淄博、德化等地用量很大，規(guī)格尺寸Φ105mm～Φ350mm，鋸片較薄，切割鋒利。該類(lèi)產(chǎn)品以前全部依靠進(jìn)口， 近十年來(lái)，經(jīng)有關(guān)企業(yè)努力，制造技術(shù)和產(chǎn)品性能水平得到跳躍式的提高，目前，國(guó)產(chǎn)金剛石陶瓷鋸片不但完全取代進(jìn)口，而且已實(shí)現(xiàn)大量出口。

圖16 金剛石鋸片

激光焊接鋸片是傳統(tǒng)超硬材料工具最有發(fā)展前景的產(chǎn)品之一，它的特點(diǎn)是焊接強(qiáng)度高，可以在無(wú)水條件下干切，激光焊接熱影響區(qū)小，基體不變形，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制生產(chǎn)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適于大規(guī)模批量生產(chǎn)。本世紀(jì)初，我國(guó)的激光焊接鋸片產(chǎn)品有了飛速的發(fā)展，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的高功率激光焊接設(shè)備后，國(guó)內(nèi)建立了近20家專業(yè)生產(chǎn)廠，產(chǎn)品以中低檔鋸片為主，幾乎全部岀口，規(guī)格尺寸從Φ105mm-Φ600mm，以混凝土和瀝青鋸片為主。近年來(lái)，有企業(yè)研制開(kāi)發(fā)并出口大直徑和高性能的激光焊接鋸片，最大直徑達(dá)到Φ1200mm。隨著我國(guó)公路、高速公路、高速鐵路、機(jī)場(chǎng)的發(fā)展和建筑工程量的不斷擴(kuò)大，對(duì)安全、高效、長(zhǎng)壽命的激光焊接鋸片需要量非常之大，相信這個(gè)巨大的潛在內(nèi)需市場(chǎng)，隨著工人對(duì)操作安全要求的提高，國(guó)內(nèi)大量使用的低檔高頻焊接鋸片終究會(huì)被激光焊接鋸片所取代。

（6） 金剛石繩鋸全面替代進(jìn)口并大批量出口

本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)用于石材加工的金剛石繩鋸全部依賴于進(jìn)口，在礦山開(kāi)采中沒(méi)有應(yīng)用，近幾年來(lái)，在石材礦山開(kāi)采中，由于金剛石繩鋸實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采的節(jié)能環(huán)保和低碳，在國(guó)內(nèi)外得到迅速的發(fā)展，特別是近兩年我國(guó)繩鋸生產(chǎn)技術(shù)取得重大突破，生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)值產(chǎn)量迅猛增長(zhǎng)迅猛。目前國(guó)產(chǎn)金剛石繩鋸切割效率已達(dá)到國(guó)外高端產(chǎn)品的80%以上，切割壽命達(dá)85-90%。國(guó)內(nèi)異型及石材礦山開(kāi)采繩鋸已全部取代進(jìn)口，鋼混繩鋸處于與歐洲品牌同臺(tái)競(jìng)技的格局，并在全球廣泛銷(xiāo)售，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2013年全國(guó)各種繩鋸產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)米，其中出口約占50%，中國(guó)也成為世界最大的繩鋸生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。在世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響下，我國(guó)許多金剛石工具的出口嚴(yán)重下滑，而繩鋸出口量卻倍增，在當(dāng)今超硬材料行業(yè)發(fā)展中可謂一枝獨(dú)秀。

圖17 金剛石繩鋸

總的說(shuō)來(lái)，我國(guó)超硬材料行業(yè)是一個(gè)新生并不斷壯大的行業(yè)，經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，從無(wú)到有，從小到大，已成為金剛石生產(chǎn)大國(guó)，正在逐步邁向世界強(qiáng)國(guó)行列。特別是近10年來(lái)，我國(guó)超硬材料業(yè)在取得了一些重大技術(shù)突破，金剛石單晶產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量90%以上，約40%出口國(guó)外，獨(dú)占鰲頭10多年，在國(guó)際市場(chǎng)享有一定話語(yǔ)權(quán)，產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平，擠占了發(fā)達(dá)國(guó)家該類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額，改變了世界生產(chǎn)格局，甚至迫使某些世界著名公司退出了該類(lèi)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)基本統(tǒng)治著國(guó)際中低端市場(chǎng)，正在穩(wěn)步擴(kuò)大中高端市場(chǎng)占有率。制品方面，保守估計(jì)我國(guó)金剛石燒結(jié)鋸片產(chǎn)量占居全球市場(chǎng)份額的80%；金剛石繩鋸可與國(guó)外產(chǎn)品相抗衡；超硬材料磨具高端產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，個(gè)別產(chǎn)品性能甚至處于國(guó)際領(lǐng)先地位，具有國(guó)際市場(chǎng)定價(jià)話語(yǔ)權(quán)；金剛石鉆頭廣普化技術(shù)開(kāi)發(fā)成果顯著；復(fù)合超硬材料也有達(dá)到世界先進(jìn)水平的產(chǎn)品，但市場(chǎng)占有率相對(duì)單晶產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是很低的，甚至國(guó)內(nèi)的該類(lèi)產(chǎn)品中高端市場(chǎng)幾乎仍被發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷。

3.2 國(guó)內(nèi)超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著原材料制備、新型結(jié)合劑、專用生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)儀器等技術(shù)的不斷完善，超硬材料制品的制造技術(shù)水平將會(huì)大幅度提高，新品種將不斷涌現(xiàn)。具有高速度、高厚度、超薄、復(fù)雜型面等特點(diǎn)的產(chǎn)品將會(huì)朝更高水平繼續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量將明顯提高。產(chǎn)品將向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化方向發(fā)展，各生產(chǎn)企業(yè)將形成各自的產(chǎn)品特色。超硬材料制品的應(yīng)用技術(shù)，包括數(shù)控機(jī)床、修整技術(shù)、專用磨削液等將得到發(fā)展和完善。超硬材料制品的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u擴(kuò)大，在汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、微電子、光電子、通訊、家電、新型陶瓷等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)⒌玫礁嗟膽?yīng)用，cBN制品將會(huì)得到更大的普及和發(fā)展。隨著世界制造業(yè)中心向中國(guó)的轉(zhuǎn)移，我國(guó)超硬材料制品在未來(lái)10年中將會(huì)得到迅速發(fā)展，技術(shù)水平將邁入世界強(qiáng)國(guó)行列。特別是國(guó)家工業(yè)和信息化部將超硬合金材料納入《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，明確指出：“鞏固人造金剛石和立方氮化硼超硬材料、激光晶體和非線性晶體等人工晶體技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展功能性超硬材料和大尺寸高功率光電晶體材料及制品。積極發(fā)展高純石墨，提高鋰電池用石墨負(fù)極材料質(zhì)量，加快研發(fā)核級(jí)石墨材料”。此規(guī)劃為我國(guó)“十二五”時(shí)期及后續(xù)幾年超硬材料工業(yè)發(fā)展指明了方向，提供了政策保障。

國(guó)內(nèi)超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)外相似：生產(chǎn)布局向多極化方向發(fā)展；在各工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；產(chǎn)品系列以及專用產(chǎn)品系列、規(guī)格品種進(jìn)一步完善；產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化工作將得到迅速發(fā)展；高技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)等等。此外，未來(lái)國(guó)內(nèi)超硬行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1） 超硬材料與硬質(zhì)合金等材料復(fù)合

超硬材料與硬質(zhì)合金的完美結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)工具的高耐磨、高耐熱、強(qiáng)韌化。將金剛石復(fù)合片（齒）制成牙輪鉆頭、潛孔鉆頭和釬頭用于開(kāi)采油（氣）田、煤田開(kāi)采，在相同硬度的巖層、同等條件下可得到比普通的硬質(zhì)合金鉆頭提高20多倍的使用壽命，最近甚至有報(bào)道稱其使用壽命可提高700倍之多，且鉆速快、鉆進(jìn)成本低。超硬材料與硬質(zhì)合金復(fù)合技術(shù)是一種技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)革命，近10年來(lái)得到快速發(fā)展，也是未來(lái)工具的發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，航空業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、高鐵、地鐵、隧道開(kāi)通，軍工業(yè)的需求和發(fā)展，對(duì)刀具、鉆具、釬具的要求更高，對(duì)一些難加工的新材料，使用傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金等工具已難以勝任加工要求，必須使用由超硬材料與硬質(zhì)合金復(fù)合材料制作的超硬刀具、超硬鉆具（PCD和PCBN及PDC），并且可實(shí)現(xiàn)“以車(chē)代磨”、“硬態(tài)加工”、“干式切削”等，有效避免了生產(chǎn)過(guò)程中的灰塵，磨削液對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到清潔化生產(chǎn)的目的。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(jì)理想的綠色切削刀具，是未來(lái)機(jī)械加工的主流。

（2） 研究與應(yīng)用超硬材料的功能性

金剛石除了具有優(yōu)異的機(jī)械性能外，還具有很多卓越的物理化學(xué)性能。如：金剛石的導(dǎo)熱性好，可用于微波器件、大功率固體激光器、散熱片和大規(guī)模集成電路等。用金剛石制造的對(duì)頂砧（DAC）是高壓物理、高壓化學(xué)研究不可缺少的手段；金剛石從深紫外到遠(yuǎn)紅外全透明，可應(yīng)用于巡航導(dǎo)彈紅外探測(cè)器的窗口、激光窗口材料、透鏡材料，和光學(xué)保護(hù)涂層；還可用來(lái)做半導(dǎo)體熱阱、熱敏電阻及高靈敏度溫度計(jì)。加強(qiáng)金剛石功能性研究與應(yīng)用是行業(yè)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保障。

立方氮化硼晶體是一種十分優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，它在高溫高功率寬帶器件微電子學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。立方氮化硼能產(chǎn)生二階非線性光學(xué)效應(yīng)，可以用于光的高次諧波發(fā)生器、電光調(diào)制器、可見(jiàn)-紫外光轉(zhuǎn)化器、光學(xué)整流器等等。此外，立方氮化硼與金剛石一樣還有很強(qiáng)的抗輻射能力，可用于抗輻射器件。因此，對(duì)立方氮化硼材料功能性的研究與開(kāi)發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（3） CVD材料產(chǎn)業(yè)化

CVD金剛石薄膜生長(zhǎng)技術(shù)的研究始于上世紀(jì)80年代中期，從90年代后期至今，各類(lèi)用途的CVD金剛石材料及其制品已經(jīng)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用前景和潛在市場(chǎng)極為廣泛。CVD金剛石已成為加工、汽車(chē)、信息、能源以及國(guó)防、軍工等領(lǐng)域和尖端技術(shù)的關(guān)鍵材料。因此，加快CVD生長(zhǎng)技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化過(guò)程，是超硬材料行業(yè)當(dāng)前急需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

（4） 研究開(kāi)發(fā)新型超硬材料

尋找高硬度、高化學(xué)惰性和高熱穩(wěn)定性的新型類(lèi)超硬材料是超硬材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。如果從理論設(shè)計(jì)的角度出發(fā)設(shè)計(jì)新型超硬材料，在通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證能夠開(kāi)發(fā)出新型的超硬材料，將使它兼有金剛石和立方氮化硼這兩種超硬材料的優(yōu)點(diǎn)，克服它們的缺點(diǎn)，必然將成為新一代的超硬材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（5） 加速原輔材料的改進(jìn)與研發(fā)

傳壓介質(zhì)、頂錘壓缸、觸媒合金、碳源材料及氮化硼原料是超硬材料生產(chǎn)不可或缺的五大支柱，為了適應(yīng)我國(guó)超硬行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，必須加速原輔材料的改進(jìn)與研發(fā)，抓緊研制新型傳壓介質(zhì)、納米-亞納米鐵基制品金屬粉、新型碳原材料及優(yōu)質(zhì)氮化硼，特別是硬質(zhì)合金件的配套跟進(jìn)尤為重要。

4 國(guó)內(nèi)超硬材料產(chǎn)業(yè)存在的主要問(wèn)題及發(fā)展本產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)

在早期得到國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)關(guān)懷與支持、工程技術(shù)人員鉆研和實(shí)干下，經(jīng)過(guò)了50年的風(fēng)風(fēng)雨雨，團(tuán)結(jié)協(xié)作、艱苦奮斗、不畏艱險(xiǎn)、頑強(qiáng)拼搏，我國(guó)超硬材料行業(yè)終于從無(wú)到有、從小到大，從弱向強(qiáng)，已經(jīng)幾乎覆蓋了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的超硬材料制品在機(jī)械、地質(zhì)、石材、工程建筑等領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨成熟，金剛石鋸切工具等產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)中占有較高的份額，個(gè)別產(chǎn)品在全球還處于領(lǐng)先地位，如金剛石繩鋸、激光鋸片等。但在光伏、電子信息、國(guó)防軍工、石油及天然氣勘探和汽車(chē)加工業(yè)等高端新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用仍落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，如光伏及電子信息產(chǎn)業(yè)半導(dǎo)體加工用金剛石線鋸、金剛石減薄輪、國(guó)防軍工及汽車(chē)制造業(yè)加工用高速、精密磨削砂輪、PDC、PCBN等。同時(shí)我國(guó)的金剛石工具企業(yè)都還不夠強(qiáng)不夠大，存在的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序、新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)展的研究起步較晚、制造裝備技術(shù)水平不高、超硬材料工具技術(shù)研究創(chuàng)新能力強(qiáng)的人才缺乏等諸多問(wèn)題尚待解決：

（1） 盲目擴(kuò)張，主要產(chǎn)品呈現(xiàn)甚為嚴(yán)重的產(chǎn)能過(guò)剩狀態(tài)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)超硬材料合成除設(shè)備大型化進(jìn)程不斷加快外，每年新增大型合成設(shè)備高達(dá)幾百臺(tái)，保守估計(jì)，目前國(guó)內(nèi)Ф500mm缸徑以上的超硬材料合成壓機(jī)總臺(tái)數(shù)已經(jīng)達(dá)7000臺(tái)以上，年生產(chǎn)能力可達(dá)為250億克拉以上，遠(yuǎn)高于目前年總產(chǎn)量的150多億克拉，產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩。超硬材料制品生產(chǎn)具有相似的狀況，比如：據(jù)粗略估計(jì)，國(guó)內(nèi)年產(chǎn)金剛石鋸片4000～5000萬(wàn)片，而產(chǎn)能遠(yuǎn)高于此數(shù)量。近年來(lái)由于國(guó)際經(jīng)濟(jì)下行，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速減緩，市場(chǎng)對(duì)超硬材料及制品的需求相對(duì)疲軟，供求矛盾更為突出，一些企業(yè)為了保住市場(chǎng)份額或?yàn)榱吮苊馐袌?chǎng)份額急劇下滑，大打價(jià)格戰(zhàn)，造成國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序、相互壓價(jià)的不利局面。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境分析，行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題短期內(nèi)難以解決，各企業(yè)的決策者應(yīng)調(diào)整思路，在求量和求質(zhì)的取舍中能在求質(zhì)中去發(fā)展，向優(yōu)質(zhì)企業(yè)方向努力，大企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新中尋找突破口，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)；小型企業(yè)走特色產(chǎn)品道路，以避免受到大企業(yè)的擠壓和沖擊。

（2） 企業(yè)科研投入嚴(yán)重不足，可持續(xù)發(fā)展能力不強(qiáng)

近年來(lái)，我國(guó)諸多國(guó)家級(jí)、省市級(jí)超硬材料工程技術(shù)研究中心、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè)，得到國(guó)家和地方政府的支持，開(kāi)展了大量技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，有效提升了我國(guó)超硬材料及制品企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，促進(jìn)企業(yè)制造高新產(chǎn)品中一些關(guān)鍵技術(shù)難題的突破，打破歐美企業(yè)對(duì)高端超硬材料制品的壟斷。但據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)科研投入最多的也僅有2-3%，決大多數(shù)企業(yè)科研投入不足1%，有不少企業(yè)甚至沒(méi)有投入，只是低檔產(chǎn)品的重復(fù)制造，這將會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)生存與發(fā)展，障礙我國(guó)超硬材料行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的源動(dòng)力，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保證，是我國(guó)超硬材料及制品追趕國(guó)際先進(jìn)水平的必由之路，企業(yè)應(yīng)加大科研投入力度，政府也應(yīng)提供更大的支持，為推進(jìn)中國(guó)由超硬材料大國(guó)邁向超硬材料強(qiáng)國(guó)而努力。

（3） 制品質(zhì)量、性能整體穩(wěn)定性與國(guó)外先進(jìn)水平還有較大差距

① 磨具

隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)和裝備制造業(yè)的發(fā)展，高速超高速磨削技術(shù)逐漸得到重視。尤其在汽車(chē)曲軸和凸輪軸的磨削加工，利用CNC高速磨床，使用陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，可以有效的提高加工效率和磨削精度，從而提高產(chǎn)品的性能，并降低產(chǎn)品的成本。然而加工用的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪需要從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，但其穩(wěn)定性和壽命是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品難以比擬的。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的突出不足是產(chǎn)品的壽命短，形狀保持性較差。這與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品結(jié)合劑性能、組織均勻性差有關(guān)。國(guó)內(nèi)的研究主要專注于磨具本身，比如結(jié)合劑的強(qiáng)度，耐火度，膨脹系數(shù)以及高速時(shí)的應(yīng)力分布情況等，而對(duì)和工件相互作用時(shí)的實(shí)際情況研究的少。針對(duì)高速超高速磨削技術(shù)發(fā)展的需求，國(guó)內(nèi)磨具的研究應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：A、 新型結(jié)合劑的開(kāi)發(fā)。在考慮低溫高強(qiáng)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該考慮結(jié)合劑的耐磨性及形狀保持性。目前國(guó)內(nèi)有采用納米技術(shù)來(lái)提高結(jié)合劑的強(qiáng)度，以及和磨粒更好的結(jié)合。國(guó)外也有報(bào)道在陶瓷結(jié)合劑的基礎(chǔ)上利用特殊樹(shù)脂來(lái)增強(qiáng)結(jié)合劑的強(qiáng)度，以改善磨粒周?chē)慕Y(jié)合劑在反復(fù)的加載后疲勞性能。B、成型技術(shù)的提高。不同的成型方式，對(duì)磨粒及結(jié)合劑在成型過(guò)程中受擠壓程度不同，形成組織均勻性不同。C、檢測(cè)技術(shù)的完善。目前高速超高速磨具的檢測(cè)和傳統(tǒng)常規(guī)磨具檢測(cè)的手段基本相同，甚至更少。比如硬度檢測(cè)目前還沒(méi)有看到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

② 鉆進(jìn)工具

由于傳統(tǒng)陸地淺地層油氣可開(kāi)采的資源越來(lái)越少，開(kāi)采范圍已擴(kuò)展到3000-6000m深的陸地深井油田及海洋深井油氣田，此外頁(yè)巖氣等非常規(guī)能源開(kāi)采方興未艾，今后一段時(shí)間將會(huì)成為我國(guó)能源主要組成部分。這些深井地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層密實(shí)，對(duì)鉆進(jìn)工具有著非常強(qiáng)的磨蝕性，且鉆井過(guò)程需穿過(guò)許多特性各異的地層，既有研磨性，又有沖擊性巖層，且隨著鉆井深度的增加，鉆井工作區(qū)域的地溫會(huì)逐漸升高。這些復(fù)雜的地質(zhì)條件對(duì)鉆進(jìn)工具尤其是鉆頭提出了更高的要求：更高的耐磨性、更好的抗沖擊性、更好的耐熱性。經(jīng)過(guò)近20年的努力，國(guó)內(nèi)石油天然氣鉆探用金剛石復(fù)合片（PDC）與國(guó)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品在性能方面的差距正在縮小。對(duì)于3000m以淺的豎井作業(yè)，國(guó)產(chǎn)PDC已基本勝任，但對(duì)于3000m以深的地層，高密度石英砂層對(duì)PDC的磨蝕作用極強(qiáng)，頻繁出現(xiàn)的夾層對(duì)PDC的沖擊破壞直接終結(jié)了PDC鉆頭的工作壽命，國(guó)產(chǎn)PDC鉆頭的鉆進(jìn)效率明顯下降，可鉆進(jìn)深度急劇縮短。而采用進(jìn)口PDC，可以提高鉆頭的進(jìn)尺數(shù)，減少提鉆次數(shù)，節(jié)約鉆進(jìn)成本。此外，在水平井、定向井方面對(duì)PDC要求更高，大多采用進(jìn)口PDC。因此，急需提高國(guó)產(chǎn)油用PDC 復(fù)合片的質(zhì)量，需要從下面幾個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新：A、原料的控制。金剛石微分雜質(zhì)的控制、粒度分布；硬質(zhì)合金襯底的含鈷量、抗沖蝕性、超細(xì)碳化鎢顆粒的使用等。B、檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新?，F(xiàn)有的檢測(cè)方法主要針對(duì)耐磨性、抗沖擊性和耐熱性進(jìn)行評(píng)估，而實(shí)際使用條件對(duì)PDC的破環(huán)程度和表現(xiàn)形式遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)復(fù)雜，因此很有必要對(duì)檢測(cè)方法創(chuàng)新，以更好的評(píng)估PDC的性能，如通過(guò)聲發(fā)射法測(cè)試PDC復(fù)合片在載荷作用下產(chǎn)生裂紋的載荷量，從而評(píng)估其阻抗微裂紋的能力；利用高頻沖擊法測(cè)試PDC的抗沖擊性；利用銑削測(cè)試法考察PDC在較高工作溫度下的耐磨性和抗沖擊性能等。

③ 鋸切工具

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的超硬材料制品在機(jī)械、地質(zhì)、石材、工程建筑等領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨成熟，金剛石鋸切工具等產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)中占有較高的份額，個(gè)別產(chǎn)品在全球還處于領(lǐng)先地位，如金剛石繩鋸、激光鋸片等。

金剛石繩鋸是柔性金剛石切割工具，其柔性切割的特點(diǎn)為其快速推廣應(yīng)用起到較大推動(dòng)作用。上世紀(jì)我國(guó)石材荒料開(kāi)采基本上是用鑿眼爆破法，石材荒料成材率低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、開(kāi)采效率低、環(huán)境影響大、危險(xiǎn)系數(shù)高，金剛石繩鋸開(kāi)采石材荒料是解決爆破法開(kāi)采這些弊病的最佳選擇。近幾年，在石材礦山開(kāi)采中，由于繩鋸開(kāi)采的諸多優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到迅速的發(fā)展，并逐漸將應(yīng)用范圍擴(kuò)展到建筑切割市場(chǎng)。近兩年我國(guó)繩鋸生產(chǎn)技術(shù)又有新的創(chuàng)新，如用低鈷預(yù)合金胎體，保持原有性能情況下，降低成本。為適應(yīng)混凝土工程用繩鋸需求量不斷增長(zhǎng)的需要，進(jìn)一步提高冷壓、注膠工藝的機(jī)械化、自動(dòng)化水平等。生產(chǎn)規(guī)模增長(zhǎng)迅猛，據(jù)估計(jì)，2013年全國(guó)各種繩鋸產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)米，其中出口約占50%，金剛石繩鋸生產(chǎn)逐年擴(kuò)大，出口逐漸占據(jù)國(guó)際市場(chǎng)。但仍需開(kāi)展以下工作：A、進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍；B、大力發(fā)展小徑多繩鋸和多組繩鋸機(jī)的研制。按《國(guó)家石材行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》中提出花崗巖板材產(chǎn)量2015年要求達(dá)到6.5-7億m2，這是用常規(guī)的框架砂鋸和金剛石圓鋸片加工所達(dá)不到的。因此，必須盡快在技術(shù)基礎(chǔ)上，大力投入人力物力，開(kāi)展小直徑多繩鋸和多繩鋸機(jī)的研究開(kāi)發(fā)。多繩鋸機(jī)用小直徑串珠繩鋸（Ф7.2mm以下）是目前國(guó)內(nèi)廠家的攻關(guān)重點(diǎn)，到目前還不能穩(wěn)定的批量出口，但市場(chǎng)需求增長(zhǎng)很快。要從原料、結(jié)構(gòu)、工藝等多方面研究探索。目前，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)都在瞄準(zhǔn)世界上最先進(jìn)的智能多組繩鋸機(jī)的研制開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)各有關(guān)企業(yè)應(yīng)該多方協(xié)作，背靠國(guó)內(nèi)強(qiáng)烈需求的市場(chǎng)平臺(tái)，一定能像當(dāng)年研制金剛石繩鋸和繩鋸機(jī)一樣在國(guó)內(nèi)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)花崗巖板材加工的新時(shí)代。

金剛石線鋸也是柔性金剛石切割工具，是超硬材料行業(yè)最新發(fā)展、最具有市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品之一。我國(guó)金剛石線鋸產(chǎn)業(yè)剛剛起步，且主要加工對(duì)象——光伏硅晶及藍(lán)寶石行業(yè)也屬于新興產(chǎn)業(yè)，硅片、半導(dǎo)體芯片、LED、LCD、藍(lán)寶石、功能陶瓷、其它人工晶體等貴重硬脆材料的高精度切割為金剛石線鋸的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)。但目前國(guó)產(chǎn)金剛石線鋸然存在著許許多多的問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：A、產(chǎn)品使用性能與國(guó)外先進(jìn)水平還具有一定的差距，包括鋸切效率、使用壽命、加工精度以及斷線率等都還有待進(jìn)一步提升；B、制造技術(shù)、鋸切理論、工藝原理等產(chǎn)品生產(chǎn)與使用相關(guān)基礎(chǔ)研究工作還處于初始階段，有待進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，產(chǎn)品相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還有待建立；C、制造用原材料，包括金剛石、鋼絲、結(jié)合劑等材料的性能指標(biāo)要求，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與方法等有待進(jìn)一步明確和建立；D、生產(chǎn)設(shè)備的微粉濃度控制、上砂均勻性等技術(shù)還有待于進(jìn)一步提高；E、隨著國(guó)產(chǎn)金剛石線鋸性能的不斷提升，我國(guó)金剛石線鋸在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有率將不斷增加，正是由于金剛石線鋸潛在的巨大市場(chǎng)，各種行業(yè)、各種企業(yè)都希望能占有一席之地，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將逐漸白熱化，應(yīng)避免行業(yè)內(nèi)的惡性競(jìng)爭(zhēng)，使金剛石線鋸產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。由于中國(guó)人口基數(shù)、工業(yè)成本等各方面的條件優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)料，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，國(guó)產(chǎn)金剛石線鋸將會(huì)占據(jù)世界硬脆性材料加工用金剛石線切割工具的半壁江山，我國(guó)現(xiàn)在正處在金剛石線鋸急速發(fā)展與擴(kuò)張的轉(zhuǎn)折期，未來(lái)數(shù)年金剛石單線鋸、多線鋸產(chǎn)品以及切割技術(shù)的研發(fā)勢(shì)必成為行業(yè)技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)之一，行業(yè)人士應(yīng)當(dāng)牢牢把握機(jī)遇，不斷完成自主創(chuàng)新，為我國(guó)金剛石線鋸產(chǎn)業(yè)的良性、健康發(fā)展，為我國(guó)硬脆性材料精細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)！

PDC廣泛用于有色金屬及非金屬材料加工刀具。大尺寸PDC具有成本低，可以依據(jù)客戶需要加工成各種形狀的更大、更復(fù)雜的刀頭，用于對(duì)加工要求很高的場(chǎng)合。因此，研究開(kāi)發(fā)大直徑PDC成為目前超硬復(fù)合材料的發(fā)展方向。然而，隨著尺寸的增大，金剛石層厚度均勻性、組織均勻性、質(zhì)量可靠性、整體使用性能方面出現(xiàn)缺陷，和國(guó)外產(chǎn)品差距很大，只能用于加工要求不高的場(chǎng)合。合成高質(zhì)量大直徑PDC，需要開(kāi)展以下幾個(gè)方面的工作：A、主要原材料的優(yōu)選。包括金剛石微粉潔凈度；硬質(zhì)合金基體具有合理的鈷含量、無(wú)游離碳和高強(qiáng)度；采用高熔點(diǎn)金屬屏蔽杯，以防止外部雜質(zhì)污染PDC，阻止硬質(zhì)合金中及金剛石層中鈷的外漏。B、配方和混料新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。選用低金屬含量、細(xì)粒度金剛石以及不同粒度金剛石微粉合理搭配，都有助于提高產(chǎn)品的耐磨性和韌性；PDC金剛石層中的金屬粘接劑的純度、粒度及分散程度是影響微觀組織均勻性主要原因，由于金屬粘接劑和金剛石的比重不同，在混料過(guò)程中容易分層，而使粘接劑和金剛石分布不均。C、高溫高壓組裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。國(guó)內(nèi)采用的六面頂壓機(jī)合成PDC時(shí)，圓柱形芯棒被六面頂錘擠壓向方形轉(zhuǎn)變，變形不規(guī)則；此外組裝結(jié)構(gòu)是內(nèi)園外方的保溫層，保溫層厚度差異大，造成溫度場(chǎng)不均勻。因此，需要解決合成腔體變形量大和溫度場(chǎng)不均勻的問(wèn)題。在導(dǎo)電堵頭、加熱器和碳管的設(shè)計(jì)時(shí)要保證復(fù)合片和隔片部分在高壓保溫階段時(shí)的軸向和徑向的溫差小于40-60℃，同時(shí)還要保證復(fù)合片各部位在升溫過(guò)程中的溫度差距小，在高溫階段差距要小于100℃，以避免復(fù)合片掉邊、面裂紋、分層、斷裂及部分過(guò)燒火欠燒的現(xiàn)象。D、高溫高壓燒結(jié)工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]腔體內(nèi)溫度分布狀態(tài)、鈷的擴(kuò)散需要、燒結(jié)效率和防止硬質(zhì)合金中鈷在合成階段向金屬屏蔽杯外部泄漏造成硬質(zhì)合金脆化，需要合理的設(shè)計(jì)燒結(jié)溫度和合成壓力。

PCBN刀具在加工鐵族金屬領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可用于淬火鋼、模具鋼、白口鑄鐵、合金鋼、工具鋼及鈷基和鎳基高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金、陶瓷等其他難加工材料進(jìn)行高速切削，甚至可以實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨，減少加工工序，縮短工藝流程。國(guó)內(nèi)開(kāi)展了大量的研究工作，取得一定進(jìn)展，但和國(guó)外產(chǎn)品還是存在一些距離，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：A、原材料質(zhì)量及質(zhì)量穩(wěn)定性無(wú)法控制導(dǎo)致PCBN的質(zhì)量不穩(wěn)定。國(guó)產(chǎn)PCBN材料的合成基本上是以國(guó)產(chǎn)原材料為主，國(guó)內(nèi)用于合成PCBN的粉料純度（在99%左右）與國(guó)外粉料純度（控制在99.8%以上）相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，國(guó)內(nèi)用于合成PCBN材料的硬質(zhì)合金基體的質(zhì)量與國(guó)外使用的硬質(zhì)合金基體的質(zhì)量也有明顯的差別，國(guó)內(nèi)使用的葉臘石及其組件的質(zhì)量更是無(wú)法控制，且其質(zhì)量穩(wěn)定性難以檢測(cè)，就葉臘石塊而言，一般使用廠家只檢測(cè)其外觀完整性及尺寸，有的企業(yè)可能還檢測(cè)其密度，但這對(duì)穩(wěn)定控制PCBN的質(zhì)量要求來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。B、合成腔體擴(kuò)大后合成壓力及溫度差進(jìn)一步加大，均勻化技術(shù)有待改善。對(duì)國(guó)內(nèi)外企業(yè)生產(chǎn)的PCBN刀具材料的性能均勻性進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的分析研究，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示：國(guó)外著名PCBN刀具材料供應(yīng)商提供的直徑?50.8以上的產(chǎn)品性能均勻、穩(wěn)定，其顯微硬度的最大差值可控制在15%之內(nèi)，而國(guó)產(chǎn)PCBN刀具材料只要直徑大于Φ20其性能均勻性就變得較差，有的產(chǎn)品的中心與邊緣的磨耗比差（或硬度）甚至超過(guò)30%。C、工藝技術(shù)精細(xì)控制沒(méi)有引起足夠重視，精細(xì)控制程度有待提高。國(guó)內(nèi)PCBN合成工藝控制基本屬于粗放型控制，導(dǎo)致批量產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性不足。普遍的情況是PCBN研究、生產(chǎn)企業(yè)比較注重合成工藝的精細(xì)控制，使用的工藝方法也較為成熟，但PCBN生產(chǎn)整個(gè)流程的其他工序工藝的精細(xì)控制往往被忽略，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)無(wú)法追蹤，難以判斷導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量事故的影響因素。D、產(chǎn)品單一，產(chǎn)品系列化研究工作有待加強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)PCBN刀具材料產(chǎn)品尚未形成系列，具有PCBN刀具材料規(guī)模生產(chǎn)能力的廠家很少，僅有幾家可商品化提供PCBN刀具材料的專業(yè)廠商，其產(chǎn)品單一。國(guó)內(nèi)的PCBN刀具材料供應(yīng)商提供的產(chǎn)品基本是按原材料的粒度或結(jié)合劑加入量來(lái)分類(lèi)，供應(yīng)商對(duì)以不同粒度或不同結(jié)合劑加入量合成的PCBN刀具材料的性能和其切削加工性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系知之甚少，無(wú)法指導(dǎo)自己的客戶更好的使用產(chǎn)品。國(guó)外PCBN材料基本以加工目的來(lái)分類(lèi)，針對(duì)性很強(qiáng)，基本能夠滿足不同材質(zhì)難加工材料的粗、半精、精加工的要求。因此，為提高我國(guó)PCBN質(zhì)量，必須開(kāi)展以下工作：A、合理選用原材料。要改善、提高國(guó)產(chǎn)PCBN的質(zhì)量及其穩(wěn)定性，需要選用粒度更?。▉單⒚准?jí)甚至納米級(jí)）的CBN和粘接劑微粉以及使用純度更高的CBN和粘接劑微粉。B、對(duì)混合原材料進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)混合原材料進(jìn)行預(yù)處理可以實(shí)現(xiàn)各種粉料的充分混合，防止結(jié)合劑在PCBN中的富集和偏析，PCBN的組織均勻性將大幅度提高。C、精細(xì)控制生產(chǎn)工藝。采用腔體徑向溫度補(bǔ)償技術(shù)及軸向壓力補(bǔ)償技術(shù)，可以有效增加合成腔體中的發(fā)熱量，提高燒結(jié)的均勻性，從而有效改善產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

5 推動(dòng)我國(guó)超硬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對(duì)策和建議

盡管我國(guó)超硬材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了舉世矚目的成就，作為世界超硬材料及制品大國(guó)，超硬材料及制品產(chǎn)量居世界第一，然而不可忽略的是，在這世界第一的背后，卻是低端制品占據(jù)多數(shù)，而在一些高端產(chǎn)業(yè)如航空航天、電子、生物醫(yī)學(xué)等方面的產(chǎn)品和應(yīng)用遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，還需要從國(guó)外進(jìn)口，這和我們超硬材料生產(chǎn)大國(guó)的地位極其不符，對(duì)行業(yè)的發(fā)展以及資源的有效利用極為不利，尤其是隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)以及資源的重視，將會(huì)對(duì)超硬制品的發(fā)展產(chǎn)生巨大壓力，但同時(shí)也會(huì)是技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)發(fā)展的良好機(jī)遇。

推動(dòng)我國(guó)超硬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不僅是我國(guó)超硬材料產(chǎn)業(yè)本身升級(jí)的需要，更是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展的需要，加強(qiáng)超硬材料產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)研究，為我國(guó)航空航天、地質(zhì)鉆探、石油開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、汽車(chē)制造、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、精密加工等各領(lǐng)域的發(fā)展提供高品質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)支撐，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)體系的升級(jí)，加快我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

5.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究

超硬材料工具，基本上是以“孕鑲”構(gòu)造為特征，對(duì)其工作過(guò)程的認(rèn)識(shí)比常規(guī)工具要困難得多。如一個(gè)孕鑲鋸片的切割刃數(shù)是不確定的，其受設(shè)計(jì)參數(shù)和使用條件的雙重控制。正是由于這種復(fù)雜性，使金剛石工具設(shè)計(jì)中的不少關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題至今未能得到解決。發(fā)達(dá)國(guó)家一直在努力改變這一局面，建立了現(xiàn)代化的試驗(yàn)手段，做了大量的試驗(yàn)工作，探索工具內(nèi)在的各種因素如金剛石的濃度、粒度等和外在因素（使用條件）如鋸切深度、圓周速度等對(duì)工具性能（壽命、鋒利度）的影響。但從公布的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，這些工作還只是豐富了他們的經(jīng)驗(yàn)，還未能跳出“憑經(jīng)驗(yàn)”的束縛。例如，工具設(shè)計(jì)中最基本的問(wèn)題是如何選擇濃度，這是切削刃數(shù)量的決定因素之一。試驗(yàn)得到，濃度對(duì)壽命的影響曲線上存在一個(gè)臨界點(diǎn)，在其左邊的“低濃度”區(qū)段，濃度的增加會(huì)使壽命急增。而在其右邊“高濃度”區(qū)段，濃度再增加對(duì)壽命的增長(zhǎng)作用不大，甚至還有降低。原因何在，難以解釋。再如金剛石的粒度選擇，傳統(tǒng)的說(shuō)法是粒度粗的工具壽命短，鋒利度好，但也有相反的試驗(yàn)結(jié)果。至今，我國(guó)在探討人造金剛石的發(fā)展問(wèn)題時(shí)，總是把切割工具要求高強(qiáng)度、大顆粒作為一個(gè)重要依據(jù)。要求高強(qiáng)度，這似乎爭(zhēng)議不大，但是否一定要粗粒度？如果中粒度的金剛石可制出性能良好的鋸切工具，那么目前作為我國(guó)生產(chǎn)超硬材料的主力裝備—六面頂壓機(jī)就有用武之地。如果能解決在切削工具中廣泛應(yīng)用中粒度金剛石這一關(guān)鍵技術(shù)，不但能較快地提高我國(guó)工具的競(jìng)爭(zhēng)力，而且會(huì)對(duì)人造金剛石本身的發(fā)展注入新的思路。此外還有一些是涉及到外部（使用）參數(shù)對(duì)工具性能影響的問(wèn)題，也未形成共識(shí)。如在一定的鋸切率條件下，不同的鋸切深度和推進(jìn)速度的匹配對(duì)工具性能的影響。有研究證明小切深、快推進(jìn)可得到高壽命、低功耗，但也有研究者得出相反的結(jié)論。因此對(duì)超硬材料工具，有諸多因素對(duì)其性能的發(fā)揮起著作用。這諸多因素的作用不是孤立的，而是相互聯(lián)系的，應(yīng)存在著一個(gè)作用的關(guān)聯(lián)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)工具“最優(yōu)轉(zhuǎn)速”現(xiàn)象的剖析，認(rèn)為切削元件（超硬質(zhì)點(diǎn)）在工件材料中的吃入深度可能是這個(gè)關(guān)聯(lián)點(diǎn)。如果這個(gè)認(rèn)識(shí)是正確的，那么許多微觀的和宏觀的試驗(yàn)研究工作就應(yīng)緊緊地圍繞著這個(gè)關(guān)聯(lián)點(diǎn)進(jìn)行，才能透過(guò)現(xiàn)象顯本質(zhì)。

可見(jiàn)，有關(guān)超硬材料工具設(shè)計(jì)、使用的一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題確實(shí)遠(yuǎn)未解決。要解決這些問(wèn)題也確有不小的難度，要花費(fèi)很大的力氣。但要想在超硬材料的世界市場(chǎng)上有立足之地，必須正視和解決這些難題，以實(shí)現(xiàn)工具設(shè)計(jì)和應(yīng)用的科學(xué)化。

5.2 推廣或完善新技術(shù)、新工藝

提高質(zhì)量、降低成本是一切產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)的根本。要想使我國(guó)的超硬材料工具行業(yè)全面與國(guó)際市場(chǎng)接軌，必須認(rèn)真分析在工藝技術(shù)和裝備上與國(guó)際水平的差距，依據(jù)超硬材料工具產(chǎn)品具有高科技與勞動(dòng)密集相結(jié)合的特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)情，有效吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和裝備。采用新技術(shù)、新工藝提升低端超硬制品的性能，畢竟我國(guó)低端產(chǎn)品占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)，對(duì)我國(guó)超硬行業(yè)的發(fā)展具有不可替代的作用。同時(shí)也要推進(jìn)高端超硬制品的研發(fā)，成為超硬材料制品強(qiáng)國(guó)。

（1） 采用制粒技術(shù)實(shí)現(xiàn)容積計(jì)量

粉末制粒在粉末冶金中早有應(yīng)用，在醫(yī)藥行業(yè)中是制藥丸、藥片的常規(guī)手段，但在燒結(jié)金剛石工具的制作工藝中采用制粒卻是近10年來(lái)的事，應(yīng)用該技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但最為引人矚目的是因此實(shí)現(xiàn)了粉料的容積計(jì)量。與傳統(tǒng)的機(jī)械化稱重計(jì)量相比，裝置簡(jiǎn)單、效率高且在很大程度上解決了金剛石與胎體粉的分離而出現(xiàn)混料不均，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。目前的制粒有兩種不同的工藝流程，一種是金剛石與胎體粉混合后制粒，另一種是胎體粉單獨(dú)制粒，兩種辦法各有特點(diǎn)。

（2） 采用激光焊接技術(shù)提高刀頭與鋼基體間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度

用金剛石單晶制作成孕鑲塊（刀頭）再焊接到鋼基體上是目前金剛石工具的最主要制作方法。傳統(tǒng)的手段是用低溫釬焊，溫度在7000C以下，不必?fù)?dān)心對(duì)刀頭的熱損傷。但其聯(lián)結(jié)強(qiáng)度低，室溫時(shí)一般不超過(guò)390MPa，并且熱強(qiáng)度下降很快，如在3500C時(shí)為140MPa，僅為室溫時(shí)的36%，因而很難保證在工具作業(yè)時(shí)不掉刀頭，尤其是在要求干切的工況下。隨著建筑工程施工成為金剛石工具的一大用戶，因其作業(yè)點(diǎn)分散且移位頻繁，經(jīng)常會(huì)遇到無(wú)水源而需干切的要求；施工設(shè)備也比較輕便簡(jiǎn)易，又是近人作業(yè)，刀頭脫落不僅會(huì)影響工具的正常工作而且極易造成人身事故。因此十分有必要應(yīng)用高強(qiáng)焊接技術(shù)，激光焊則成為首選。激光光束聚焦點(diǎn)僅幾千分之一英寸，能量極為集中，因而熱作用區(qū)很窄，不會(huì)損傷刀頭，也不需真空，焊接強(qiáng)度可達(dá)1800MPa，焊縫的軟化點(diǎn)不會(huì)低于刀頭的軟化點(diǎn)，不存在掉刀頭的可能。因此，在金剛石工具制造中它是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)。但是，激光焊也有局限性，雖然它屬于熔融焊法，具有較廣的異種材料焊合能力，但同樣存在著高碳鋼可焊性差的問(wèn)題。另外，激光焊不適用于基體可復(fù)焊的工具。

（3） 采用金剛石表面金屬化技術(shù)來(lái)提高胎體對(duì)金剛石的包鑲能力

金剛石表面預(yù)金屬化或在燒結(jié)、高溫釬焊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)金屬化，其目的均是為使胎體與金剛石顆粒間實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵接。金剛石表面預(yù)金屬化技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)受到了極大的重視，有關(guān)論文和成果報(bào)導(dǎo)甚多。據(jù)我們的試驗(yàn)觀察，國(guó)內(nèi)的“鍍”鈦和“鍍”鎢后的金剛石，在燒結(jié)成鋸（或鉆）齒后，其折斷面上暴露出的金剛石均失去了鍍層，而脫落了金剛石的殘留坑表面十分光滑。同行們所研究試驗(yàn)的“鍍”鉬也有這種現(xiàn)象。觀察齒工作后的唇面，可看到剛出露但還未與工件接觸的金剛石表面鍍層保留良好，而參與切削工作后，出露部分的鍍層就不存在了。上述現(xiàn)象是乎表明目前的國(guó)內(nèi)金剛石表面預(yù)金屬化技術(shù)還未能達(dá)到實(shí)現(xiàn)化學(xué)（包鑲）的水平。但不可否認(rèn)，采用預(yù)“鍍”了這些（活潑）金屬的金剛石能提高工具壽命，這可能是由于強(qiáng)化了金剛石周?chē)奶ンw從而增強(qiáng)了機(jī)械包鑲能力。

不少人致力于在燒結(jié)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)金剛石表面金屬化的研究。在胎體材料中添加或在金剛石表面預(yù)粘上強(qiáng)碳化物金屬，期望它們?cè)跓Y(jié)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石的化學(xué)鍵接。盡管有文獻(xiàn)論證了一些金屬，例始鎢在較低溫度（8000C左右）就能在金剛石表面形成WC層。但從采用的工藝來(lái)看，需在真空條件下、6000C以上1小時(shí)的加熱才能得到理想的結(jié)合力。以目前常用的孕鑲金剛石工具的燒結(jié)條件來(lái)分析，非真空或低真空度（＞60托）中不超過(guò)9000C的溫度加熱5分鐘左右，是不大可能使金剛石表面生成金屬化層的。因此，在這方面有許多研究工作可開(kāi)展。

另外，國(guó)外十分看好采用高溫釬焊技術(shù)制造金剛石工具，已成功地用于制作單層超硬材料工具。高溫釬焊單層金剛石工具實(shí)質(zhì)上是表鑲型式。從文獻(xiàn)來(lái)看，金剛石的出刃值可達(dá)到粒徑的2/3，粒徑為250～212μm的金剛石，當(dāng)焊料層厚為80μm時(shí)就可牢固地焊住金剛石。這對(duì)于提高工具的鋒利度和壽命以及改善散熱條件均是有明顯優(yōu)點(diǎn)的。目前也在探索開(kāi)發(fā)多層工具，但若不解決工作層中金剛石的更新技術(shù)，則難以應(yīng)用于“孕鑲”工具的制作工藝中。

（4） 采用精密加工技術(shù)提高刀磨具水平

機(jī)械加工中對(duì)零件精度和光潔度的要求越來(lái)越高，特別是超硬材料工具的大用戶——汽車(chē)工業(yè)和航天航空工業(yè)以及功能材料的加工方面，對(duì)精車(chē)和精磨工具的要求極高。如硅晶片，除表面粗糙度要求達(dá)到Ra＜0.05μm外，總的厚度變化（TTV）是一個(gè)十分重要的質(zhì)量評(píng)價(jià)因素，800μm厚的晶片，要求TTV＜2μm。特別是在加工中防止晶片亞表面的損傷是最為關(guān)鍵的。這就要求工具本身的高精度，工具制造者必須擁有精密加工（制造和修磨）技術(shù)。否則，即使我們產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量達(dá)到要求，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)其預(yù)想的加工效果。對(duì)于超硬材料刀具，首先要解決刀頭毛坯的加工，特別是對(duì)那些在制成刀具后再無(wú)法修磨的棱、面。對(duì)于超硬材料磨具，制品的動(dòng)平衡和工作面的精度和形貌是關(guān)鍵。

5.3 重點(diǎn)發(fā)展幾種產(chǎn)品

基于超硬材料工具目前已在眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用并有繁多的工具類(lèi)型，我們應(yīng)重點(diǎn)選擇一些具有比較優(yōu)勢(shì)并可望較快成為全球供應(yīng)基地的產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)，同時(shí)運(yùn)用新的技術(shù)對(duì)一些市場(chǎng)廣闊的老產(chǎn)品實(shí)施升級(jí)和國(guó)產(chǎn)化。

（1） 高精密長(zhǎng)壽命超硬刀具材料

機(jī)加工領(lǐng)域是國(guó)外超硬材料工具的大用戶，以往主要是應(yīng)用磨具， 80年代中期起，聚合體刀具得到迅速發(fā)展，金剛石聚合體（PCD）刀具以15%的平均年增長(zhǎng)率發(fā)展，立方氮化硼聚合體（PCBN）刀具則穩(wěn)定達(dá)到20%，可見(jiàn)刀具發(fā)展之快。另一方面，PCD刀具和PCBN刀具的構(gòu)成也發(fā)生了很大的變化，目前國(guó)外PCD刀具與PCBN刀具的產(chǎn)值已大致相同，而國(guó)內(nèi)對(duì)超硬材料刀具材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用一直不夠重視，水平較低，PCD刀具與PCBN刀具比例嚴(yán)重失配，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還需大量進(jìn)口片徑Φ50—70mm的國(guó)外產(chǎn)品，進(jìn)口產(chǎn)品的高價(jià)位阻礙了該類(lèi)產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用廣度。依據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，只要開(kāi)發(fā)直徑達(dá)Φ30mm的PCD、PCBN就可滿足最大刀具毛坯尺寸要求，這就意味著國(guó)內(nèi)只要能開(kāi)發(fā)出質(zhì)高價(jià)優(yōu)的Φ30mm片徑的PCD、PCBN就具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，隨著國(guó)內(nèi)合成設(shè)備的大型化推進(jìn)，這種片徑的超硬復(fù)合材料在國(guó)產(chǎn)大型裝備上能夠合成，國(guó)內(nèi)近幾年有單位成功開(kāi)發(fā)出片徑達(dá)Φ35—40mm的PCD、PCBN，個(gè)別單位甚至合成出片徑達(dá)Φ50mm左右的PCD、PCBN，但未見(jiàn)批量投放市場(chǎng)。

（2）金剛石繩鋸

國(guó)外近10年來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的另一個(gè)工具是燒結(jié)串珠繩鋸，其在石材加工及建筑工程施工中大有用武之地。在石材行業(yè)，其不僅是加工異形石制品的重要手段，也是徹底淘汰傳統(tǒng)、落后的鋼砂鋸的理想工具，從而實(shí)現(xiàn)鋸板工具的完全金剛石化。目前，國(guó)外出現(xiàn)了多條（60～80條）金剛石串珠繩鋸組鋸，其開(kāi)板效率和板面光潔度均遠(yuǎn)優(yōu)于砂鋸。繩鋸也是石材荒料開(kāi)采、整形的最理想手段，近年來(lái)由于繩鋸性能水平的提高及直徑的減小等一系列技術(shù)進(jìn)步使工具成本大為降低，在石材開(kāi)采和加工中普遍推廣使用金剛石繩鋸。繩鋸在建筑工程施工中由于其可進(jìn)行任意方向的鋸切，噪音小并適用于各種作業(yè)條件，如水下切割，因而也越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用，另一方面，繩鋸更是鋸割大型構(gòu)件的唯一手段?？梢哉f(shuō)，目前石材礦山開(kāi)采和板材加工已經(jīng)步入繩鋸時(shí)代。隨著金屬構(gòu)件金剛石繩鋸的開(kāi)發(fā)和投入使用，金剛石繩鋸用于海底沉船打撈、扁窄型金屬礦富礦帶的開(kāi)采的時(shí)代必將帶來(lái)。

（3） 超硬材料高速超高速磨削磨輪

超硬材料磨輪消耗要占到超硬材料工具總耗量的近1/4，因而也是一類(lèi)重要的超硬工具。在該類(lèi)工具中，金剛石磨輪與立方氮化硼磨輪的產(chǎn)值比約為2∶1。在金剛石磨輪中，用于玻璃加工的又要占1/4，即金剛石磨輪加工最多的工件材料是玻璃。我國(guó)該類(lèi)產(chǎn)品的量還遠(yuǎn)達(dá)不到這一比例，水平也不高，中高檔產(chǎn)品的市場(chǎng)大部分被進(jìn)口品占領(lǐng)。二十一世紀(jì)是我國(guó)“城市化的世紀(jì)”，對(duì)玻璃用量及加工的要求必會(huì)有大的增長(zhǎng)和提高。我們應(yīng)在提高質(zhì)的基點(diǎn)上擴(kuò)大量，盡快實(shí)現(xiàn)替代進(jìn)口。立方氮化硼磨輪是機(jī)加工行業(yè)鐵族零部件的最主要磨削工具，其開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)在我國(guó)更顯薄弱，必須加速發(fā)展。超硬材料磨輪過(guò)去是采用低強(qiáng)單晶和樹(shù)脂結(jié)合，而國(guó)外近年來(lái)這型磨輪已退居次要地位，高速超高速長(zhǎng)壽命磨輪已成為開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。金剛石磨輪向采用金屬胎體發(fā)展，立方氮化硼磨輪采用陶瓷胎體的比例猛增，立方氮化硼微晶體磨輪也越來(lái)越多的得到應(yīng)用。

（4） 激光焊接金剛石工具

用金剛石單晶制作成孕鑲塊（刀頭）再用釬焊手段焊接到鋼基體上是目前金剛石工具的最主要制作方法。采用激光焊接手段是近10年發(fā)展起來(lái)的，這種焊接技術(shù)的采用又涉及到孕鑲塊結(jié)構(gòu)和參數(shù)的改變。如既要采用與胎體材料有好的燒合性又要對(duì)基體材料有好的可焊性的非工作（過(guò)渡）層，再如高的焊接強(qiáng)度給孕鑲塊增高創(chuàng)造了條件從而可在鋒利度不變的前提下增長(zhǎng)壽命等等，因而形成了一個(gè)新的工具類(lèi)型。這類(lèi)工具不僅使用安全性高且可以干切，這給流動(dòng)性大且常會(huì)遇供水困難的建筑工程施工帶來(lái)了極大的方便。該類(lèi)工具盡管問(wèn)世不久但增長(zhǎng)迅速，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家建筑工程施工領(lǐng)域中該類(lèi)工具已超過(guò)1/5市場(chǎng)份額，有些國(guó)家從安全角度出發(fā)已作出必須使用激光焊工具的規(guī)定?？梢?jiàn)，這類(lèi)工具極有發(fā)展前景，特別具有出口前景。目前我國(guó)已成為全球低檔激光焊鋸片的生產(chǎn)基地，成為中高檔激光焊工具的全球主要供應(yīng)商應(yīng)是下一個(gè)目標(biāo)。

（5） 功能材料加工用金剛石工具

功能材料加工用金剛石工具將是一個(gè)有前景的產(chǎn)品。很多功能材料的硬度高又需達(dá)到高的加工精度和光潔度，由于該類(lèi)材料比較昂貴，因而加工時(shí)要求能得到高的材料利用率。這些要求與寶石加工有相似之處，只有超硬材料工具能理想地滿足這些要求。隨著高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其用量越大越大。以硅單晶加工為例，全球超過(guò)2000億美元的電子通信半導(dǎo)體市場(chǎng)中，95%以上的半導(dǎo)體器件是用硅材料制作的，其中直拉硅單晶的用量超過(guò)85%。據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)中心（WSTS）數(shù)據(jù)，國(guó)際芯片市場(chǎng)近幾年將增長(zhǎng)迅速，而中國(guó)已逐步成為全球芯片生產(chǎn)基地，國(guó)內(nèi)外企業(yè)家紛紛在中國(guó)建立和準(zhǔn)備建立晶片廠，這給我國(guó)超硬材料行業(yè)提供了極好的機(jī)遇。光伏硅晶及藍(lán)寶石行業(yè)也屬于新興產(chǎn)業(yè)，硅片、半導(dǎo)體芯片、LED、LCD、藍(lán)寶石、功能陶瓷、其它人工晶體等貴重硬脆材料的高精度切割為金剛石工具（比如：金剛石線鋸、超薄金剛石帶鋸、內(nèi)圓切割片等）的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)，我們必須抓住時(shí)機(jī)，加快相關(guān)工具的開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化步伐。

（6） 深孔鉆探工具的開(kāi)發(fā)

隨著國(guó)內(nèi)深部鉆探工程的不斷推進(jìn)，國(guó)內(nèi)的鉆探設(shè)備、鉆進(jìn)技術(shù)、鉆探工具（包括金剛石鉆進(jìn)工具）等在近幾年時(shí)間里發(fā)展十分迅速。對(duì)于長(zhǎng)壽命金剛石鉆頭工具的要求，在深部找礦工程中已由早期單純追求鉆頭長(zhǎng)壽命逐漸過(guò)渡到了長(zhǎng)壽、高效、穩(wěn)定、低耗的“深需求”時(shí)期。許多鉆頭革新技術(shù)已經(jīng)逐漸從理論研究階段一步步邁向了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地實(shí)用階段，并有相當(dāng)一部分新型鉆頭已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)并應(yīng)用到深部鉆探工程中。

5.4 加強(qiáng)合作，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新

推動(dòng)我國(guó)超硬制品的發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新是有力的推進(jìn)劑。然而，單靠一個(gè)單位或企業(yè)來(lái)完成整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是不可能的，需要上下游企業(yè)協(xié)同一致，既要在各自領(lǐng)域里進(jìn)行創(chuàng)新，提升自己技術(shù)能力和產(chǎn)品性能，也要考慮下游企業(yè)的技術(shù)需求，才能有的放矢，抓住技術(shù)突破方向，滿足下游企業(yè)的需求。我國(guó)超硬材料制品歷經(jīng)50年的發(fā)展，不僅是產(chǎn)業(yè)取得巨大成就，成為世界超硬材料和制品大國(guó)，在學(xué)術(shù)研究方面也取得顯著進(jìn)展，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)辦相關(guān)專業(yè)，還有多家研究機(jī)構(gòu)。推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，更需要產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，從理論到產(chǎn)品，從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)，相互促進(jìn)，才能更有效的推動(dòng)我國(guó)由超硬大國(guó)向強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。

5.5 政府扶持，給與更大的支持力度

國(guó)家“十二五”規(guī)劃中把“節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車(chē)”七大產(chǎn)業(yè)列為新階段轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，而在新材料產(chǎn)業(yè)項(xiàng)下列入了超硬材料及制品。因此，國(guó)家將在產(chǎn)業(yè)政策方面向超硬材料及制品產(chǎn)業(yè)傾斜，同時(shí)超硬材料及制品在其它六項(xiàng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中將發(fā)揮不可或缺的重要作用，“十二五”期間及后續(xù)的幾年里是我國(guó)超硬材料及制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)遇期，這將加速我國(guó)超硬材料制品產(chǎn)業(yè)全面向世界強(qiáng)國(guó)行列邁進(jìn)。

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界各國(guó)在技術(shù)層面的競(jìng)爭(zhēng)，尤如逆水行舟，不進(jìn)則退。業(yè)界有識(shí)之士，未雨綢繆，開(kāi)發(fā)新技術(shù)，提高產(chǎn)品技術(shù)含量，是超硬材料制品業(yè)奮斗的方向。

我們建議：加強(qiáng)國(guó)家層面對(duì)我國(guó)超硬材料及制品研究的投入，實(shí)施大項(xiàng)目產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)戰(zhàn)略，加強(qiáng)對(duì)國(guó)家級(jí)科研機(jī)構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建和建設(shè)、整合目前有效資源營(yíng)造開(kāi)發(fā)超硬材料高端工具的環(huán)境，提升我國(guó)超硬材料研究開(kāi)發(fā)的軟件條件。依據(jù)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、國(guó)防發(fā)展需要，依托現(xiàn)有國(guó)家級(jí)科研中心，針對(duì)約束我國(guó)超硬制品高端化的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，設(shè)立相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，從設(shè)備、材料、人才、標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行全方位、多層面的突破，不僅解決當(dāng)前我國(guó)急需的超硬材料高端制品，更要從深層次解決影響我國(guó)超硬材料及制品難以高端化的問(wèn)題，才能真正實(shí)現(xiàn)超硬材料強(qiáng)國(guó)的追求。

林峰（1963-），中共黨員，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師。1983-1987年在中南工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)，粉末冶金專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；1997-2000年在吉林大學(xué)在職學(xué)習(xí)碩士研究生課程，凝聚態(tài)物理專業(yè)，獲理學(xué)碩士學(xué)位；2003-2009年在中南大學(xué)在職學(xué)習(xí)博士研究生課程，材料學(xué)專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位。1993年晉升工程師、1998年晉升高級(jí)工程師、2004年晉升教授級(jí)高級(jí)工程師。曾歷任中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司礦產(chǎn)地質(zhì)研究院試驗(yàn)廠副總工程師、黨支部委員，桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院桂林特邦新材料有限公司技術(shù)部經(jīng)理、副總工程師、總工程師，黨支部委員、書(shū)記等職務(wù)，現(xiàn)任桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心總工程師、黨支部書(shū)記，桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心學(xué)術(shù)委員會(huì)委員。1994年獲廣西第三屆“青年科技獎(jiǎng)”，1996年獲中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司“優(yōu)秀青年職工”，1997年獲“桂林市第二批優(yōu)秀青年科技人才”、“桂林市文明市民”，1997年被中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司確定為“跨世紀(jì)學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人（第三層次）”，2003年被確定為廣西“新世紀(jì)十百千人才工程”第二層次人選，2004年被評(píng)為桂林市“勞動(dòng)模范”，2005年被評(píng)為廣西壯族自治區(qū)“先進(jìn)工作者”，2007年被評(píng)為“廣西職工政研會(huì)先進(jìn)工作者”，2010年被評(píng)為全國(guó)“勞動(dòng)模范”。長(zhǎng)期從事超硬材料及制品、晶體材料、有色金屬深加工等研究、開(kāi)發(fā)工作，曾先后參加或主持完成國(guó)家級(jí)、省部級(jí)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目二十余項(xiàng)，獲省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。先后在全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議或?qū)W術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文近50篇，其中獲“優(yōu)秀論文”4篇。

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.03.006