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鄭州華晶金剛石股份有限公司

陳啟武——情系金剛石半世紀

關鍵詞 陳啟武 , 金剛石|2013-12-26 11:55:26|來源 中國超硬材料網
摘要 中國礦業大學(北京)超硬刀具材料研究所鄧福銘一、從事人造金剛石研究是歷史賦予他的責任與使命陳啟武教授1962年下半年畢業于清華大學數學力學系,被分配到中國科學院長沙礦冶研究所從事壓...
中國礦業大學(北京)超硬刀具材料研究所 鄧福銘

  一、從事人造金剛石研究是歷史賦予他的責任與使命

  陳啟武教授1962年下半年畢業于清華大學數學力學系,被分配到中國科學院長沙礦冶研究所從事壓力加工理論研究,工作了不到3年,由于當時新課題研究的需要,1965年陳啟武教授到中科院沈陽金屬研究所從事難熔金屬材料及爆炸成形方面的研究,1968年圓滿完成任務凱旋而歸。

  1963年12月6日我國自行研發成功了第一顆金剛石。陳啟武教授回礦院后,由于金剛石是在密閉的高溫高壓合成腔內進行,其合成轉化過程是難以直接觀察與測試的,加之在石墨轉化成金剛石過程中能起到觸媒作用的材料種類很多,人們對觸媒材料認識尚處于朦朧混沌狀態,開始了“神農嘗百草”式的探索研究與開發,然而成效甚微。因此,要攻克人造金剛石產業發展的瓶頸,必須首先弄清楚觸媒材料的作用機制。時任二室副主任的他與材料二室的同志們(王耀樞、陽德清與劉樹楨等人)開展了大量Ni70Mn25Co5片狀觸媒的研究開發工作,在此基礎上,1975年底由他任課題組長的礦冶院觸媒材料研究室研制開發了含Nb的2#觸媒(NiMnCoNbCu),1986年又推出含Cr、Si 的86-8#觸媒,1993年又開發了含相當量的Fe的CHS觸媒等,其中《人造金剛石含硼觸媒合金含硼石墨及2#觸媒材料》1978年獲全國科技大會獎(證書號0010739)。所在單位長沙礦冶研究院生產的Ni70Mn25Co5片狀觸媒1992年片狀觸媒產量超過300t,1995年其銷售超過600t,市場占有率高達70%以上并一直保留到本世紀初粉末觸媒替代片狀觸媒,成為了我國歷史上金剛石合成用觸媒的典型代表產品。本人九十年代本人作為陳啟武教授的博士研究生,有幸接觸了七、八十年代他設計研制的各種人造金剛石觸媒材料,也認真地拜讀過他后來撰寫的《人造金剛石觸媒材料的作用機構》(內部資料),以及《人造金剛石觸媒材料的過去、現在和將來》(發表在《工業金剛石》1994年第1期),覺得很容易地就理解和接受了他的金剛石觸媒設計原則和理念,因為他在《人造金剛石觸媒材料的作用機構》一文中首次采用電子探針分析了金剛石金屬包膜的成分,揭秘了金屬包膜與觸媒基體的成分一致的原因,提出了金剛石生長動力學效應——金剛石與觸媒液相的熱力學勢差;而在《人造金剛石觸媒材料的作用機構》一文中更公開了他關于細顆粒金剛石鈮雜質含量明顯高于粗顆粒的發現,幾乎是明白地公開了關于添加金屬鈮作為觸媒控制形核的思想,說到這里大家一定明白2#觸媒的設計玄機了,同時也很清楚地反映了陳啟武教授對觸媒作用機制的深刻認識和利用觸媒對實際金剛石生產過程中的科學調控能力。

  金剛石片狀觸媒研制開發成功后,八十年代初陳啟武教授又開始轉向粗顆粒高強度金剛石合成工藝攻關研究。人造金剛石合成過程中面臨的首要問題是合成工藝的理論分析依據。過去人們非常重視碳相圖中金剛石—石墨平衡線。這是人造金剛石上百年探索中提煉出的重要理論依據,因此對金剛石合成復雜現象的解釋也只能求助于碳的相圖。1978年陳啟武教授在廣州召開的第一屆高壓物理會議上發表的《金剛石合成過程中的動力學效應》一文曾指出:“實際上相圖涉及的是熱力學問題,只說明反應發生的方向,而反應的方式、方法和速度是動力學問題,非平衡相圖力所能及”。第二年的10月他撰寫了《人造金剛石生長的特性曲線》一文(當時為院內部保密資料,1986年發表在《磨料磨具與磨削》雜志第5期上),從合成金剛石的邊界條件出發,數學推導了石墨向金剛石轉化過程與溫度和壓力之間的關系,自此金剛石合成規律研究成為他領導的課題組的主題思想,1993年4月在冶金工業部主持召開的《粗顆粒高強度金剛石研究》科技成果鑒定會上,他撰寫了《優質金剛石合成規律的研究》一文(發表在《地質與勘探》雜志1994年第5期上),完整地提出了金剛石合成曲面理論,導出了合成金剛石的質量方程,說明了金剛石質量取決于合成溫度與壓力,合理地解釋了金剛石合成過程中的各種現象,迄今仍在指導人造金剛石工業生產,如目前高料生產中為何石墨—金剛石轉化率如此高,JR1型料生產為何需要很高的壓力等。因此,有專家認為:“陳啟武用數學方程式描述了金剛石行業發展方向與道路”。

  八十年初我國的金剛石工業生產還較落后,工業生產環節所需的高品級金剛石很大一部分均有賴從國外進口。由于西方發達國家壟斷著這方面的技術,高擋人造金剛石的價格完全受國外控制。為了打破這種不平衡的供需關系,上世紀70年代國家極力提倡人造金剛石先進設備的引進和獨立自主的研究創造,但當時在人造金剛石合成沒備的選擇上,即在選擇兩面頂壓機還是用六面頂壓機上爭議很大,中國的金剛石產業如何發展、何去何從、眾說紛紜。大多主張花巨資引進國外兩面頂技術。采用國外兩面頂超高壓技術,合成金剛石產量高、質量好,得到了國家的支持,但久攻不下。他在深入分析兩種超高壓技術優缺點后,明確指出“兩面頂技術先天不足,六面頂技術后天待調”,力主發展我國獨有的鉸式六面頂技術,走自力更生發展之路。

  1981年他主持建立了礦院的六面頂高壓實驗室,其目的是要通過擴大反應腔體(ф23mm)實現粗顆粒(50/60以粗)高強度(抗壓強度≥20Kg)的高品質金剛石生產,解決當時國家鉆探、鋸切用高強度金剛石的急需問題。1986年他領導的課題組在冶金部地質總局支持下完成了《Φ23mm腔體金剛石合成工藝》項目,用6×8MN合成設備淘汰了統治行業達30年之久的6×6MN合成設備,反應體積增加一倍以上,單次產量成倍增加;合成周期延長了,質量也大幅提高了,鋸切、鉆探用金剛石從80目逐步上升為70目、60目、50目,應用領域不斷擴大。其研究成果《粗顆粒高強度金剛石研究——Φ23mm腔體合成工藝》1993年經冶金工業部組織專家鑒定,1994年獲冶金工業部科技進步二等獎,1996年獲國家科技進步三等獎(證書號11-3-002-01)。該成果不僅使課題組逐漸發展壯大,以后組建成為礦冶院材料二室、金剛石廠,乃至上市成為金瑞科技的主要產品生產部門,使長沙礦冶研究院九十年代成為國內最有影響力的金剛石產業中心之一。

  二、抓發展瓶頸 使人造金剛石行業再上新臺階

  (一)六面頂高壓技術研究成果,促進了六面頂高壓技術的發展

  《Φ23mm腔體金剛石合成工藝》研究成果以及6×8MN六面頂壓機在行業的推廣應用使行業開始了一個新的發展階段當時國外超硬材料方面的專家普遍認為“目前,超高壓技術依然充滿著謎一樣的不確定性”。也就是在這一時期,陳啟武教授從“封閉體積”出發,提出了臨界體積概念,建立了六面頂高壓腔體設計依據,并對超高壓技術重新做了嚴格的定義,指出:“超高壓技術就是要在指定的空間領域同時建立起所需要的高溫高壓條件,并維持所需要持續的時間”。為此,他提出了六面頂壓機“三心合一”原理,特別強調設備的結構中心,壓砧的匯力中心及合成腔體的質量對稱中心,在合成過成中應做到始終保持一致。還進一步指出金剛石壓機必須是高科技產品,提出高壓合成設壓機計要以“結構剛性”為指導思想;“100MPa液壓坎限”原理為設計與使用的規范準則;壓機控制系統要實現P-T智能控制等。

  超高壓技術要解決兩個問題:(ⅰ)受壓物的密封;(ⅱ)施壓物的材質。為了解決后一問題,Bridgman提出了兩個補強原理,即形狀補強原理(大質量支撐)和應力補強(側向支撐)原理,這樣就將頂砧的材質問題變成技術問題來解決,但如何實現這兩個原理Bridgman并未給出更多信息。在六面頂壓機反應腔體大型化過程中需要從一種腔體結構過渡到另一種腔體結構,首先是模具和葉蠟石的尺寸如何確定這個問題,這一問題對行業的發展太重要了,解決不好很容易發生“放炮”,它一度成為腔體大型化攔路虎。陳啟武教授從封閉體積出發,提出了臨界體積的概念,實驗發現了葉蠟石高壓下的“佯謬”現象,建立了求解臨界體積的方程式,從而將頂砧的參數與葉蠟石反應腔體的尺寸聯系起來。

  九十年代初6×8MN六面頂設備在行業的推廣應用之后,陳啟武教授課題組經過認真比較選擇6×12MN六面頂壓機作為設備大型化發展的第二個階段目標。1993年陳啟武教授作為課題負責人向湖南省科委提出并承擔了湖南省科技攻關項目《Φ28mm腔體合成工藝研究》(93-098B),第二年又承接了湖南省科委科技難題招標項目《高強度人造金剛石生產工藝研究》(94-03)。此課題是又一個集產品結構、工藝、設備、模具和原材料于一體的復雜系統工程,旨在通過合成腔體擴大實現抗壓強度≥25Kg、50目以粗的金剛石單產大于5克拉,生產金剛石單產和單臺設備經濟效益成倍增加。為完成項目研究任務課題組于1994年向7803廠委托設計訂購了Φ400mm缸徑(6×12MN)大型六面頂壓機,1995年夏完成了安裝調試任務。我有幸參加了上述兩課題的研究,當時試驗的情景仍記憶猶新,心中不由被陳教授敢為人先的創新精神所折服,同時也為試驗過程中他對科學問題的敏銳把握佩服得五體投地!

  首先是硬質合金頂砧的問題。雖然Φ400mm缸徑壓機已有廠家,但他們使用的是Φ90mm的小頂砧,腔體最大是Φ25mm。要實現Φ28mm腔體合成工藝頂砧尺寸必須大于Φ104mm。記得當時陳啟武教授分別向株洲601廠和自貢硬質合金廠分別訂購了兩批(12個)Φ104mm的頂砧,由于供應廠家需上大型冷等靜壓新設備和重新制模,這批頂砧的價格貴得出奇(好像1萬多元/個)。高壓合成試驗時這批頂錘中有的剛壓幾個合成塊就裂了,最多的也不過上千次。開始我們懷疑是頂錘質量有問題,但供貨方檢驗結果認為大頂錘質量沒有問題。于是陳教授一方面安排對每個已裂的頂錘作全面的檢測分析,另一方面開展了不同尺寸的葉蠟石塊合成試驗。我們經過大量地取樣磨片金相觀察結果發現,其單位面積的缺陷(孔洞)數并沒有超出硬質合金的質量標準要求,其抗壓強度和抗彎強度也不比小頂砧差。結果報告了陳老師,他思考片刻后對我們說:“隨著施壓模具的體積增加所包含的缺陷增多,對于大頂錘來說不是以單位體積的缺陷決定它的破壞幾率”。后來課題組據此對株洲601廠大頂錘項目組提出了應該考慮采用熱等靜壓工藝解決此問題,現在看來這是解決大頂錘質量問題的最佳途徑,但在當時沒有熱等靜壓的情況下大頂錘的質量問題就成了攔路虎。

  其次是葉蠟石尺寸的配套問題和設備的結構剛性問題。不同尺寸的葉蠟石塊合成試驗結果雖然獲得了較好的合成塊尺寸,但頂錘的使用壽命仍然較低。陳啟武教授認為這除了與硬質合金頂錘的質量有關以外還可能與設備的變形有關。課題組一方面開始與7803廠有關人員協商是否設備鉸鏈梁設計使用的材質有問題,但對方堅信鉸鏈梁采用45#鋼設計強度足夠了沒有問題,同時還拿出了湖南大學的強度校驗計算結果作為證據。陳教授認為高壓設備“所考慮的不僅是設備能承受多大載荷不破壞,更重要的是要考慮在載荷作用下所容許最大彈性變形量即設備的結構剛性問題”。陳教授為了證明自己的觀點的正確性,安排了我們對這臺壓機高壓合成中的變形情況進行了實際測量(發表在《工業金剛石》雜志2005年第3-4期上),結果證實該設備在運行過程中有嚴重的彈性變形且變形嚴重不對稱。陳教授據此分析后認為設備變形過程中硬質合金頂錘的經受的扭力可能是造成大頂錘使用壽命短的根本原因。于是他提出“大型高壓設備設計僅以強度設計作為準則是不夠的,必須以結構剛性作為考慮問題的出發點,也就是要以穩定性要求作為設備設計的準則”。上述大型高壓設備試驗研究過程中涉及的高壓設備設計理論和技術問題為我國大型六面頂高壓設備的發展指明了方向。

  上述試驗過程中的一些小插曲也很有意思。當陳教授領導的研發團隊承擔的湖南省科技攻關項目《Φ28mm腔體合成工藝研究》取得重大突破并開始產業化之時,1995年10月《科技日報》報道了咸陽某公司Φ28mm腔體金剛石合成工藝研究取得重大進展的報導。陳教授感到很奇怪怎么報導的內容特別像自己團隊的研究工作,后經課題組調查發現原來是本課題組某同志不經意將我們的好不容易得到的葉蠟石與硬質合金頂錘的最佳配合尺寸和腔體結構泄露給了對方。我個人感覺好像當時陳教授對此事并不怎么生氣,對方的研究結果(當時他已經知道咸陽202所設計的6×12MN設備鉸鏈梁采用的是炮鋼(35CrMo),設備售價也比7803廠高得多)反而證實了他的設計思想的正確性,更堅定了他對六面頂設備大型化、合成腔體大型化的決心和信心。之后陳教授為了與報道的成果有所區別,他將合成腔體改成Φ28.5mm。

  (二)借助“黃河旋風”,樹立國產六面頂設備大型化新的里程碑

  1995年底黃河實業集團公司的董事長喬金嶺為了上兩面頂金剛石壓機之事,(此前喬董事長曾多次赴國外考察),來長沙礦冶研究院,征求陳啟武教授的意見。當時陳教授首先列舉了國內如人工晶體研究所、天津寶坻232廠、北京鉆探工具廠、貴陽六砂、深圳亞洲公司引進國外兩面頂合成壓機的金剛石生產經營情況和所遇到的困難,明確指出兩面頂設備年輪模具是其技術關鍵所在,也是其生產成本的關鍵所在,“年輪模具的受力狀態不如六面頂模具,這是兩面頂壓機與生俱來的缺陷!”,兩面頂合成技術復雜,模具精度要求高、體積大、制造困難、價格昂貴、壽命短,在與六面頂設備的競爭中,總有一天會被淘汰!接著介紹了課題組大型六面頂設備的運行情況和Φ28.5mm腔體工藝合成金剛石情況,并明確表示希望能與喬董事長合作開展大型六面頂設備及其合成工藝產業化開發。喬董事長基本同意陳院長的意見,并表示回去再商量。1996年元月17日雙方簽訂了科研合作協議共同開發《Φ28.5mm腔體合成工藝》(合同金額50萬元)。聯合攻關組分兩部分,一部分是陳院長課題組主要是抓緊合成工藝試驗研究和組織力量開展新設備的草圖設計,另一部分是以黃河實業(集團)公司技術中心負責組織的專家市場考察和前期選購的兩臺6×12MN樣機的安裝調試、工藝試驗、人員培訓等工作。1996年5月課題組完成了關于河南黃河實業集團投資100臺6×12MN高壓設備的可行性論證報告初稿,同時陳院長撰寫了《關于設備大型化的幾點意見》(部分內容后發表在《礦冶工程》1996年底3期上),明確了新設計的六面頂高壓設備編型為UDS-I型,對外公開提出了大型高壓設備設計的基本原則。1996年6月18日至20日期間黃河實業(集團)公司派胡保仁、夏恒青、張戰到咸陽考察6×12MN高壓設備運行情況,王光祖教授作為特邀代表也參加了此次考察。6月25日呈送了考察報告,認為:“6×12MN壓機和頂錘用于ф28mm腔體生產是成熟的,經濟效益可觀,用于ф32mm腔體工業化生產尚不成熟”,并建議近期選購兩臺6×12MN樣機,用3-6個月完成安裝調試、工藝試驗、人員培訓等工作,同時在我們提供的項目論證報告的基礎上撰寫并向公司提交了《6×12MN六面頂壓機合成DIA效益分析》報告。

  之后不久公司從長沙7803廠購買了兩臺與課題組相同的6×12MN(ф400mm)高壓設備,1996年10月由當時在黃河實業(集團)公司技術中心工作的曹慶忠、張戰、張奎、陳恂、劉書鋒等人完成了設備的安裝調試工作,陳院長課題組派出何立洲、李啟泉、鄭日升等人指導合成工藝,然而實際上開始在這兩臺壓機上的金剛石合成效果并不太理想。1996年8月陳院長請來了桂林地礦院的張智遠教授、焦作某軍工廠韓正教授,來長沙礦冶研究院討論新型大壓機的設計和廠房布置設計,我當時參加了他們對其中大多關鍵技術問題的討論,并作為張智遠教授草圖的謄圖人員,了解其中一些過程。在設計初期陳院長就對二位專家提出了以下基本設計思想:(1)對六面頂超高壓設備大型化來說,著眼點應放在高品質金剛石合成上;(2) 不能將凡能合成出金剛石的設備都稱為金剛石壓機,合成設備的設計應該以提高“結構剛性”作為指導思想,在提高結構剛性的同時,還應考慮變形的可協調性;(3) 要從三方面(設計、制造、使用)著手提高(延長)設備的維修周期;(4) 用微機控制技術改造傳統手工作坊式的生產方式,提高合成設備的控制功能和精度。經過他們多次討論協商,陳院長確定采用張智遠教授在六面頂壓機設計中的一些新技術,如工作缸“活底雙支承”結構、鉸鏈梁耳平底結構及彈性無間隙銷設計,液壓系統的雙泵供油、前腔背壓調節同步以及“液阻接觸限位”裝置,并提出控制系統采用壓力測控儀和工控計算機聯合控制方案以及恒功率器控制技術等。新的壓機設計方案已開始體現了陳院長關于大型六面頂壓機設計思想。

  以陳啟武教授為項目負責人聯合攻關課題組承擔了河南省科委1997年重大科技攻關項目《高品級人造金剛石合成新工藝設備的開發研究》(No.971110214,90萬元),提出研制的新型國產UDS-I型大型高壓合成裝備,要求能穩定地實現ф30mm腔體金剛石合成工藝,合成周期達30分鐘,使高品級金剛石以很強的競爭力進入國際市場。1997年2月第一臺樣機設計制造安裝完成并進行了合成試驗。據陳院長說新設計壓機第一次合成試驗即出現了HHD30型高品質金剛石,同時與購買的兩臺設備對比合成過程中聲音小許多,壓機合成過程中的變形測試結果完全證實了他關于大型六面頂設備剛性設計原則的正確性。同年的4月份用Φ30mm合成工藝進行了批量生產試驗,6月底合成金剛石5000余次。與此同時由計算機控制的第二臺樣機開始調試,7月份兩臺樣機同時投入批量試驗,還穿插進行了設備的其它檢測工作。8月兩進行了高品質金剛石合成產業化中試試驗,結果證明與當時Φ23mm腔體合成工藝比較,Φ30mm腔體合成工藝無論單次產量還是高強金剛石單次產量都有大幅度提高,特別是初步試驗結果表明在高品質(強度≧200N)金剛石合成方面已取得突破性進展,高品質金剛石不再只是兩面頂合成技術的專利!

  黃河實業集團公司UDS-I型大型高壓合成裝備的大規模上馬及ф30mm腔體金剛石合成工藝成功推廣應用,創造了明顯的經濟效益,促成了公司1998年底上市成功,一躍成為亞洲最大的金剛石生產企業,特別是黃河實業集團公司用這種設備生產的HHD30產品經日本ODK公司檢測,性能接近國外高檔產品,樹立國產六面頂設備大型化新的里程碑。

  1998年由陳啟武為第一完成人、黃河實業集團公司與長沙礦冶研究院共同完成的UDS-I型高壓合成裝備及Φ30mm腔體金剛石合成工藝》研究成果獲河南省科技進步二等獎證書號99013

  (三)研制Y-500型合成壓機,促進國產六面頂壓機大型化

  1999年9月湖南省科委根據湖南省超硬材料工業發展的需要,給長沙礦冶研究院陳啟武課題組下達了湖南省工業重大科技攻關計劃項目《高品質人造金剛石研究》的重點課題(No.99GKYl007,20萬元),要求在UDS-I型設備及Φ30mm腔體合成工藝基礎上再上一個臺階。實施這一系統工程研究要求有強大的經濟基礎作為支撐條件,湖南投資集團股份有限公司的領導人獨具慧眼,加盟此行業并成為強有力的支持力量。同年陳啟武課題組與湖南投資集團股份有限公司開展相關產業化合作(合同金額90萬元),1999年7月開始研制Y-500型金剛石合成設備及開發ф40-ф42mm腔體金剛石合成工藝, 1999年12月底完成了Y-500型高壓設備試制工作,并于2000年1月中旬完成了調試工作,至2001年7月共制造出Y-500型設備44臺。其中第一臺設備售給鄭州新亞復合超硬材料有限公司,用這種設備生產出Φ25.4的金剛石復合片(PDC)。這是目前國內能生產的最大規格的產品,處于國內領先地位;第二臺設備用于本課題組Φ42mm腔體粉末觸媒金剛石合成試驗,后來又增加4臺;第三臺設備出口韓國用于生產Φ30mm的金剛石復合片(PDC);湖南投資集團股份有限公司自己擁有15臺,其余22臺售給衡陽晶科威實業有限公司。Y-500型高壓合成設備于2000年7月通過湖南省科委鑒定,專家鑒定的結論是:以“壓力坎限”準則和結構剛性理論為設計的指導思想,研制的Y-500型金剛石合成設備,計算嚴謹、設計合理,是當時世界上可用于工業生產的最大的六面頂壓機,達到了人機最佳協調,其性能(結構剛性、運行精度、可操作性)處于國際領先水平。專家們一致認為 Y-500型高壓合成設備具有設備系列化的特征,對推動整個行業的高壓設備發展具有重要意義。2001年《Y-500型金剛石合成設備及合成工藝研究》成果獲湖南省科技進步二等獎。以Y-500型高壓設備為示范,Φ500mm缸徑設備在本世紀頭十年已發展成為行業的主流設備。隨著大型化過程,金剛石的粒徑與質量不斷提高,產量直線上升,有效地推動了行業不斷邁上新臺階。

  (四)
建立了金剛石合成理論體系,研制出一系列金剛石新品種

  1978年在“全國第一屆高壓物理學術研討會”上陳教授宣讀了《人造金剛石合成過程中的動力學效應》論文,指出在碳相圖上討論合成工藝是概念的混淆,繼之進行深入探討,1993年完整地提出了《金剛石合成曲面》的理論,第一次對碳相圖上所謂“合成區”給予了正確且深入的解釋,導出了金剛石質量方程,進一步揭示了人造金剛石的合成規律,豐富了金剛石合成理論。

  1981年陳啟武教授合成出針狀金剛石,填補了國內空白。1982年發表在《礦冶工程》雜志第二期上,1983年在第二屆全國高壓學術研討會上宣讀了《長形針狀金剛石》一文,后載入中國物理學會編中英文版論文集。這一產品是金剛石砂輪特別是金剛石修整砂輪的較好用料。

  上世紀80年代西方對我國無論是六面頂還是兩面頂設備生產的金剛石產品都是不屑一顧的。90年代初由陳啟武教授主持完成的研究成果《粗顆粒高強度金剛石研究—Φ23mm腔體合成工藝》,經美國G.E公司檢測后認為中國采用六面頂技術生產的該型號金剛石(JR4)是一種有競爭力的產品,并特別關注中國在高壓合成技術方面的進展。“士隔三日,當刮目相看”。1998年陳啟武教授隨同黃河實業集團公司有關人員訪問日本,將該公司采用UDS-I型設備、Φ30mm腔體工藝合成的金剛石(牌號:HHD30)在大板金剛石株式會社(ODK)與世界幾大公司(美國的GE、英國的De Beers、韓國的日進)的高檔產品對比檢測結果表明,HHD30的沖擊韌性和熱穩定性與國外高檔金剛石產品僅在1100℃顯示出熱穩定性的差別。 

  本世紀初,國產粉末觸媒合成粗顆粒高強度金剛石技術發展受阻,陳啟武教授發現,美國G.E公司關于80/400目數的金剛石有一個MBG600系列4個品牌:MBG-660、MBG-640、MBG-620和MBG-600,其中MBG-660是最高品牌,當時的報價1.30美元/克拉。他的研發團隊將研發的注意力聚集在這一產品上,研制出HTD系列高品級細粒度金剛石產品,填補了國內空白。由于該晶形特別完整,均為六面體-八面體聚形,其晶形、性能與美國G•E公司的MBG系列產品相當。

  三、孜孜不倦為人造金剛石行業協會服務
  
  由于陳啟武教授在我國金剛石工業研究領域的卓越成就,在中國機床工具工業協會超硬材料分會成立的第一屆理事單位中代表長沙礦冶研究院被選舉為副理事長,同時被選為第一屆專家技術委員會主任。上世紀90年代,湖南省超硬材料憑借著省內各種資源優勢和超硬材料研究方面的專家隊伍,一躍成為全國超硬材料發展最快的省份之一。當時湖南人造金剛石原輔助材料如片狀合金觸媒、硬質合金頂錘等工業生產產量占到了全國的五分之二,在這方面的投入的技術力量也比較雄厚,行業的發展需要一個行業協會。1994年,湖南省政府主持召開了湖南省超硬材料協會成立大會,被選為湖南省超硬材料協會理事長和技術委員會主任。

  1995年9月在長沙召開了《硬質合金頂錘使用技術研討會》,陳啟武教授作了關于《超高壓設備大型化的幾個問題》的主題報告。1996年,在湖南省超硬材料協會舉辦的南岳會議上,他提出“壓機要大型化、生產要規模化、合成工藝設計要科學化等作為我國金剛石行業今后的發展方向”。1998年在協會舉辦的張家界會議上,針對當時剛出現的“粉末觸媒”合成新工藝問題,他提出了粉末觸媒工藝合成人造金剛石的“單間生長”機制。

  為了提高湖南省超硬材料產業整體競爭能力,1995年9月在長沙岳麓山召開的第二屆超硬材料學術交流會上,陳啟武教授在作了關于《促進我國超硬材料工業健康發展》的主題報告里,呼吁政府應賦予技術委員會對行業發展、產業政策和產品結構調整等方面的咨詢建議權。對行業發展的總體規劃、布局、投資方向進行統一規劃。經過三年的努力,在他的倡導下1999年由協會牽頭搭建了一個政府支持、金融介入的政府、產、學、研及金融合作與交流平臺,促進超硬材料企業上下游和企業之間的協調發展。

  四、為金剛石行業持續發展培養后繼人才

  上世紀九十年代初陳教授就在每一次的金剛石行業發展研討會上強調金剛石是制品的發展基礎,制品是金剛石發展的動力,倡導在高品質金剛石研究開發的同時,應加強高檔金剛石制品及工具的研究與開發。

  為了貫徹他的這些思想,他一方面通過其培養的研究生、博士生,另一方面通過與其科研合作項目為行業發展培養相關人才。陳教授一生共培養博士后2人、博士生7人、碩士生3人,其中博士和博士后中有4人直接從事高檔金剛石復合片及應用研究、2人從事高品質金剛石合成工藝研究、1人從事高檔立方氮化硼砂輪的研究,從他培養的學生的研究方向可以看出陳教授對高檔金剛石制品發展的重視程度以及對未來金剛石制品發展方向的高瞻遠矚。他培養的這些學生中已有1人成為博士生導師、3人升為教授、4人升為副教授和高級工程師,且其培養的大部分人才至今仍活躍在超硬材料行業,如原燕郊晶日公司的黨委書記、現晶日公司和湖北黑旋風公司的董事李飛躍博士,湖南伏龍江超硬材料有限公司總經理鄭日升博士、原233廠高級工程師、現長沙礦冶研究院的徐國平博士,原博特公司的技術負責人、現中原工學院的李啟泉博士等。黃河集團公司聯合攻關戰役,有李啟泉、鄭日升、鄧福銘3人參。正因為我們參與了這些超硬材料的重大科研攻關行動,鍛煉了我們這批人的實際科研工作能力。

  五、結束語

  陳啟武教授富于創造性地提出“不斷提高金剛石質量,增大粒徑是行業發展的永恒課題,是行業進步的關鍵與靈魂”。并指出完成課題的最佳技術途徑是合成設備大型化,反應腔體大型化,關鍵技術是超高壓技術,這是行業發展的系統工程,需要分階段實施,必須有大量的資金支持。上世紀后半葉國外兩面頂技術起步早、投入大、技術配套、合成產量與質量擁有強大優勢。六面頂技術由于研發投入少、起步艱難、得不到國家的支持,造成“后天失調”,好像六面頂合成金剛石必然質量低、產量低。半個世紀以來,中國的人造金剛石生于六面頂技術,卻又在“兩面頂和六面頂”的爭議中風風雨雨走過來,說起來真是很不容易!

  陳啟武教授及其領導的科研團隊,其主張的六面頂合成理論與技術完全靠自行研究,盡管先后曾承擔過省、部及橫向課題多項,然而投入資金仍捉襟見肘,但卻依靠行業有識企業家的膽略及其企業的成功示范作用,促使六面頂大型化進入第三階段,在本世紀初六面頂大壓機已發展到6000臺以上,金剛石年產量突破30億克拉,合成周期從4分鐘延長到20分鐘以上,質量逐步提高,其產品應用遍及所有工業部門,成為很具規模的行業。現在看來,六面頂高壓合成技術之花已開始在全世界綻放,這是我們中華民族的驕傲!(節選自《中國超硬材料工業五十年》下冊《憶往昔崢嶸歲月稠-紀念中國金剛石誕生五十周年》)
 

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