一、金剛石在建筑、石材行業的大量應用，激發了大腔體壓機的研究開發

       自1985年長葛縣黃河磨具廠在國內首創金剛石水磨石機及人造金剛石磨盤產品以來，極大地促進了金剛石在建筑行業上的廣泛應用，金剛石需求量逐年巨增，到1994年中國的6×800T以下六面頂壓機已經發展到了3000臺，產量接近4億克拉。其中，黃河公司對1、2型料的需求幾乎包攬了國內總產量的90%。

       1994年黃河公司對金剛石的需求量已達到1.2億克拉，占全國金剛石生產總量的30%,特別是黃河公司又建成了高檔石材鋸片（黃河公司、機械工業部鄭州磨料磨具磨削研究所、日本ODK公司三家聯辦）和混凝土鉆頭兩條金剛石工具生產線，對金剛石的需求、特別是對高品級金剛石的需求渴望度加大。

       當時，黃河公司也建成了一個60臺6×800T六面頂壓機的金剛石生產線，年產800萬克拉，培養出了一個金剛石生產隊伍，但生產技術工藝水平和國內其他廠家一樣，大部分是中低檔料。在黃河公司高檔石材鋸片生產過程中所需的高品級金剛石，國內金剛石生產企業是不能滿足需求的，這些高檔次金剛石還需要進口。

       自己有需求，有應用，還具備了一定的金剛石生產經驗，在這種情況下，黃河公司領路人喬金嶺董事長高瞻遠矚，以非凡的眼光帶領公司高管人員走上了考察國內外金剛石生產項目之路。

       二、廣泛的技術考察和論證，奠定了大腔體壓機的設計基礎

       1994年5月開始，黃河公司喬金嶺董事長組織了多次美國、俄羅斯、日本、韓國等國外考察，與美國“GE”公司、“ELWOOD”公司、日本“ODK”公司、“東明”公司、韓國“日進”、“二和”公司和俄羅斯有關人士進行了廣泛的接觸，廣泛了解了國外兩面頂金剛石壓機及其生產技術水平。得出了如下結論：

       1、兩面頂壓機是高品級金剛石的生產設備，它以其均勻持續的縱向對中傳壓和簡單兩端密封、保溫結構合理等特性為高品級金剛石的生長創造了良好的條件。

       2、兩面頂壓機及其金剛石合成工藝是西方資本主義國家的核心技術，不會輕易向中國人傳授技術，深圳亞洲公司引進國外兩面頂壓機及其金剛石合成工藝的失敗就是一個很好的案例。

       3、中國的兩面頂壓機及其金剛石合成工藝也已經研發了許多年，但受國內機械加工工業基礎水平的限制，其重要部件——壓缸始終無法達到上萬次使用壽命的工業化要求，兩面頂壓機產業化難度較大。

       4、靠兩面頂壓機生產金剛石，其生產成本過高，不利于今后企業市場競爭。

       于是，在考察國外金剛石生產技術的同時，喬金嶺董事長又幾乎跑遍了北京、湖南、安徽、河南等國內主要的金剛石生產廠家，在鄭州拜訪了機械工業部鄭州磨料磨具磨削研究所的錢惟圭所長、賀以權所長和王光祖教授等超硬材料專家，赴長沙求見了冶金部長沙礦冶研究院院長陳啟武教授，赴桂林求見了地質礦產部地質研究院張智遠教授級高工，等等等等，征得了許多行業專家具有建設性的意見。得出了如下結論：

       （1）、中國的六面頂壓機及其金剛石合成工藝已經研發了許多年，目前已經有3000臺6×800T以下六面頂壓機在運行，在國內機械加工工業有了一定的高壓合成裝備的制作基礎。

       （2）、從理論上講，擴大合成腔體空間，就能增加金剛石合成過程中的加壓時間，同時提高合成腔體的保溫特性，改善金剛石的生長條件，為高品級金剛石的生長打下基礎。

       （3）、只要解決壓機的剛性問題和動態對中性問題，使得壓機運行穩定，金剛石生產成本不會高，有利于今后企業市場競爭。

       （4）、六面頂金剛石壓機及其金剛石合成工藝技術可以完全掌握在自己企業內，有利于今后企業的技術創新。

       這些超硬材料高級專家的真知灼見，使黃河公司喬金嶺董事長確立了搞六面頂壓機、走中國自己發展金剛石事業道路的信念！

       在1995年8月，黃河公司喬金嶺董事長以其個人魅力和非凡的組織能力，在黃河公司內組成了金剛石項目研發機構，以一家民營企業之力、以一個農民出身的企業家的個人身份，以超強的統籌、領導和組織能力來完成國家級的大項目——金剛石壓機大型化工程！

       隨后在黃河研發中心胡保仁主任的具體組織下，請來了機械工業部鄭州磨料磨具磨削研究所錢惟圭和賀以權兩位所長、冶金部長沙礦冶研究院院長陳啟武教授、地質礦產部地質研究院張智遠教授級高工、兵器工業部中州機械廠總工韓正教授級高工、鄭州工學院夏恒青教授、一機部濟南鑄鍛研究所沈新德教授、及何立洲、池明孝、符鳳來、王玉章、常文彬、劉子明、劉協強、陳祖演、張戰、張奎、陳珣、張相法、王利偉、譚效國、吳宗澤、張光明、楊國文、楊嶺、謝玉強、劉鵬、夏悅、牛秀林、常俠、曹慶忠、陳超杰等國內超高壓合成設備的設計、制造、電子、金剛石合成工藝、后處理行業的知名專家、學者30余人聚集鄭州，與會的專家們以極大地熱情、努力提升中國金剛石工業技術水平的抱負和認真負責地態度，對金剛石生產工藝技術、六面頂壓機和智能化控制系統進行了三個多月的研討論證，確定了Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機的技術設計方案以及試驗、中試、規模化生產方案和Ⅱ型（Φ450缸徑，6×20MN）、Ⅲ型（Φ630缸徑，6×34MN）大腔體壓機的發展研發及產業化預案，奠定了金剛石壓機大型化的技術基礎。這次研討論證主要解決了如下技術問題：

       （1）、陳啟武教授的Ф28.5合成腔體金剛石合成工藝試驗方案。這里涉及合成腔體傳壓與密封形式、動態對中狀態和合成腔體金剛石生長環境等問題。

       （2）、張戰碩士、張奎碩士的Ф30合成腔體結構。這里涉及頂錘的結構、頂錘傳壓與密封的形式、葉臘石塊的結構、合成塊組裝形式、觸媒片的厚度和碳片的厚度等問題。

       （3）、張智遠教授級高工的Φ400缸徑六面頂壓機設計思路。這里涉及壓機動態對中分析、壓機盤耳的強度保證、壓機盤耳的精度保證、壓機盤耳的加工方法、壓機盤耳的材質和剛性的保證、壓機盤耳的穿銷組裝形式、壓機活塞缸的強度，活塞缸的后座結構、六缸連通方法和增壓器結構等問題。

       （4）、曹慶忠高工的壓機電氣控制智能化設計思路。這里涉及自動控制辦法、壓力連續監控、加熱功率連續監控、活塞位移監控、工藝自動跟蹤、人機界面辦法、工藝儲存形式、運行記錄、操作簡單化和保證控制精度與運行可靠性等問題。

       （5）、曹慶忠高工的連續補壓油路結構及控制設計思路。這里涉及液壓泵連續供油方式、大小液壓泵配合小泵保壓方式、以及這兩個供油方式的性能比較等問題。

       （6）、Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機的試驗、中試、規模化生產方案。這里確定了以3臺壓機為工藝開發試驗、以6臺壓機為工藝中期試驗、以200臺壓機為規模化生產的科學的可行性項目實施方案。

       （7）、對Ⅱ型（Φ450缸徑，6×20MN）、Ⅲ型（Φ630缸徑，6×34MN）大腔體壓機的發展研發及產業化預案進行了規劃。

       1996年7月，黃河公司喬金嶺董事長堅定地宣布：研制Φ33mm腔體、6×13.5MN壓機項目開始。成立了以陳啟武院長、張智遠教授級高工為正副項目總負責人、以張戰碩士、張奎碩士為正副金剛石工藝組組長、以韓正教授級高工、夏恒青教授為正副壓機設計制造組組長和以曹慶忠高工為自動控制組組長的近40人研制團隊，繁重而又光榮的河南省重大科研項目——《UDS—Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）六面頂高壓合成裝置及其金剛石合成工藝》研制工作開始了。

       三、嚴謹的技術設計和制造，確保了大腔體壓機產業化的成功

       喬金嶺董事長的堅定決心，鼓起了黃河公司壓機研制團隊每一位專家們的勇氣和信心，研制團隊的每一位專家和員工勤奮工作，先后攻克了一個個技術難關。其中，張智遠教授級高工和夏恒青教授挑起了壓機的設計重擔；韓正教授級高工和陳超杰工程師負責設備制造、機械加工；張戰碩士和張奎碩士挑起了Ф30合成腔體的設計與合成工藝的設計重擔；曹慶忠高工負責智能化電氣控制裝置的設計和制作。

       1997年3月26日，第一臺Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機安裝在黃河公司技術中心實驗室中，隨后陳啟武教授帶領鄧福銘等在讀博士在該機上進行了Ф28.5合成腔體金剛石合成工藝試驗，并取得了成功，邁開了大腔體工藝技術的第一步。

       1997年5月、6月，先后第二臺、第三臺Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機安裝在黃河公司技術中心實驗室中，這兩臺配置了以工業控制計算機為主體的智能化控制系統。隨后張戰碩士和張奎碩士帶領的黃河公司金剛石工藝研發小組在這三臺試驗壓機上進行了Ф30合成腔體和Ф33合成腔體的金剛石合成工藝試驗，先后取得了成功，完成了Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機大腔體工藝的預定技術目標。

       1997年7月～12月，又有六臺Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機安裝在黃河公司技術中心實驗室中，這六臺配置了更加完善的計算機智能化控制系統。Ф30合成腔體和Ф33合成腔體的金剛石合成工藝在這六臺壓機上進行了進一步的中期試驗，為以Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機為主體的金剛石規模化生產產業化工作奠定了基礎。

       1997年10月28日，《UDS—Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）六面頂高壓合成裝置及其金剛石合成工藝》項目通過了省級技術鑒定。在整個UDS—Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）六面頂高壓合成裝置及其金剛石合成工藝的研發過程中，黃河公司在技術上共取得6項專利、得到省、部級4項科技成果和科技進步獎。

       隨后，黃河公司進行了以Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機為主體的金剛石規模化生產產業化工作。到1998年底完成100臺UDS—Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）六面頂壓機的安裝，黃河公司金剛石生產規模達到了年產7000多萬克拉。到1999年底又完成100臺UDS—Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）六面頂壓機的安裝，使得黃河公司金剛石生產規模提升到了年產1.5億克拉。
在研制Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）大腔體壓機活動中，有三項主要的技術和理論得到了運用和發展，為中國六面頂壓機大型化今后的發展奠定了技術基礎。

       一是建立和發展了六面頂壓機的結構剛性設計思想。指出不僅要提高設備的結構剛性，還要考慮結構變形的可協調性，從而保證設備動態的對中性，提高設備壓力的穩定性和設備運行的可靠性。根據這種思想，使得壓機的穿銷12鏈連接機構、六缸聯通供油機構和增壓機構等得到了完善和發展。

       二是建立和發展了六面頂壓機智能化的計算機自動控制思想。指出采用工藝曲線動態跟隨控制，協調金剛石各個合成生長階段的壓力和溫度，從而穩定金剛石的生長環境，提高設備控制的精確性和設備運行的靈活性。根據這種思想，使得設備首次實現了以單色顯示屏為主的人機對話操作界面、以直流電機連續調節小油泵流量的0.1MPa控制精度的壓力閉環連續控制、以恒功率電源連續調節加熱功率的1W控制精度的溫度閉環連續控制、以6條曲線（設定壓力、運行壓力、設定功率、運行功率、運行電壓、運行電流）為主的工藝顯示畫面和可預存4個合成工藝的自動跟蹤智能化控制系統。

       三是建立和發展了復合傳壓保溫合成腔體設計思想。指出不僅要提高合成腔體長時間持續傳壓性，還要考慮溫度的均勻性，從而保證金剛石的良好生產環境，提高高品級金剛石的生產量。根據這種思想，使得葉臘石復合塊技術得到了進一步的發展。

       四、大腔體壓機技術的完善，促進了大腔體壓機的多品種發展

　　1998年8月黃河公司又組織了Ⅱ型（Φ450缸徑，6×20MN）計算機智能化控制大腔體壓機的研發工作。曹慶忠高工擔任該項目的技術負責人，并承擔升級的壓機智能化控制系統設計與制作工作；夏恒青教授、劉建設工程師承擔壓機的設計工作；陳超杰工程師負責設備制造、機械加工和現場裝配；談仲軍工程師負責Ф45合成腔體的設計與合成工藝的設計工作。
1999年4月，黃河公司完成Ⅱ型（Φ450缸徑，6×20MN）計算機智能化控制大腔體壓機的安裝調試工作，并成功地進行了Ф45合成腔體的試驗。

       隨后，黃河公司進行了Ⅱ型金剛石大腔體合成工藝的產業化工作。到2000年7月完成220臺UDS—Ⅱ型（Φ450缸徑，6×20MN）六面頂壓機的安裝，黃河公司金剛石生產規模達到了年產4.5億克拉。

       Ⅱ型壓機與Ⅰ型壓機比較，設備機械的穩定性更好，說明壓機還有進一步大型化的可能。同時計算機智能化控制系統進一步升級，增加了運行記錄功能，顯示畫面也以彩色顯示屏為主，其可靠性和靈活操作性更高，特別是電阻曲線的加入，反應了金剛石合成過程中的腔體動態情況，為金剛石合成工藝的開發提供了技術依據。由于小油泵在低速下其閥片不能建立保護油膜，經常損壞，所以壓力閉環控制變成了驅動小油泵的斷續控制，其壓力控制精度降為0.2MPa，但能夠保證金剛石的正常合成。

       1999年10月黃河公司又組織了Ⅲ型（Φ630缸徑，6×28.5MN）計算機智能化控制大腔體壓機的研發工作。曹慶忠高工擔任該項目的技術負責人，并承擔升級的壓機智能化控制系統設計與制作工作；劉建設工程師承擔壓機的設計工作；陳超杰工程師負責設備制造、機械加工和現場裝配；談仲軍工程師負責Ф45合成腔體的設計與合成工藝的設計工作。

       2000年9月，黃河公司完成Ⅲ型（Φ630缸徑，6×28.5MN）計算機智能化控制大腔體壓機的安裝調試工作，并成功地進行了Ф60合成腔體的試驗。

       由于當時受到國內機加工、大頂錘等條件的限制，黃河公司完成了6臺Ⅲ型（Φ630缸徑，6×28.5MN）壓機安裝調試工作后，沒有繼續進行其產業化工作。

       在黃河公司進行大型六面頂壓機研制過程中，得到了洛陽機車、一重、二重、桂林冶金等壓機制作單位的大力合作，同時他們和國內其他六面頂壓機生產企業也積極研發新的壓機機型。從2000年開始，已經有比較成熟的Φ460缸徑、Φ500缸徑、Φ520缸徑的大型六面頂壓機陸續投放市場，所以從2001年起，黃河公司在金剛石規模擴建時已開始選擇市場上比較成熟的大型六面頂壓機。

       五、幾點感想

　　目前，中國的金剛石行業基本上是以大型六面頂壓機為主的生產體系，金剛石產量已達到110多億克拉/年，讓世界震驚。中國是金剛石產量大國，但仍然不是世界強國，一方面中國的金剛石以低價大量銷往國外，而另一方面中國的金剛石又大量從國外高價進口，這種局面值得我們深思。為了早日實現我們的“金剛石強國夢”，我認為黃河公司在大腔體壓機研發和產業化過程中，有下列兩條成功的經驗值得金剛石行業借鑒：

       1、遇到了一個具有“金剛石行業發展戰略思維”的民營企業家喬金嶺董事長。

       他“敢爭天下先”。在黃河公司第一次技術創新、引進金剛石水磨石機技術、極大地促進國內金剛石生產量的發展和在黃河公司第二次技術創新、引進國外金剛石高檔工具生產、極大地促進高品級金剛石需求的時候，喬金嶺董事長高瞻遠矚，看到了金剛石今后的發展趨勢，樹立了“爭奪金剛石世界三強”胸懷大志。

       他“感染力、凝聚力極強”。他經常說，“沒有國際一流的人才，就不可能辦成國際一流的企業”，他始終堅持“科學技術是第一生產力”，始終堅持“技術創新永遠是企業的靈魂”，尊重知識，尊重人才，堅持走“產、學、研”的發展道路。喬金嶺董事長最大的貢獻是聚集了國內眾多的專家學者，共同為實現“金剛石的強國夢”而努力工作。

       他是“金剛石發展藍圖設計師”，他以嚴謹細致的工作態度，以“千方百計，千山萬水，千言萬語，千辛萬苦”的四千精神，親自帶隊奔赴國內外進行金剛石技術考察，俯首拜見國內外技術專家，親自組織業內專家學者專題研討了三個多月。喬金嶺董事長和專家學者們一起制訂了一個切實可行的中國金剛石發展規劃，這是中國金剛石行業的財富。

       在1999年底，黃河公司完成200臺UDS—Ⅰ型（Φ400缸徑，6×13.5MN）六面頂壓機產業化、黃河公司金剛石生產規模達到了年產1.5億克拉后，陳啟武院長感慨地說：“這樣的大項目，從立項到產業化一般需要5年時間，在‘黃河’只用一年半時間，這是一個奇跡!由一家民營企業、一個民營企業家領軍搞成，更是一個奇跡！”

       2、凝聚了中國金剛石行業全體專家學者的最高智慧。

       從1963年中國合成出第一顆金剛石開始，經過多年的努力，眾多科技專家和技術人員在金剛石合成技術方面進行了大量的探索和研究，取得了許多技術成果，這些技術成果為1994年開始的中國六面頂壓機大型化的研發奠定了基礎。1996年30多名技術專家匯聚鄭州，大家無私地將眾多的技術成果融入到六面頂壓機大型化上，有力地保證了這項大型技術的研發成功，才有了今天4000多臺大型壓機、年產110多億克拉金剛石的局面。

       中國的金剛石大型壓機技術現已經成熟，10多年的壓機大型化發展歷程，中國金剛石行業取得了許許多多技術成果，積累了更加豐富的經驗，可以相信，只要行業同仁團結一心，站在中華民族的利益上考慮，匯聚中國金剛石行業的智慧，共同努力，當前“低價出口，高價進口”的局面一定會打破，中國的金剛石一定能真正強起來。（作者：原黃河公司國家級技術中心主任  曹慶忠，本文摘自《中國超硬材料工業五十年》）