成立于1958年的鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司（以下簡稱三磨所），是我國磨料磨具行業(yè)唯一的綜合性研究開發(fā)機(jī)構(gòu)。成立60多年來，三磨所先后生產(chǎn)出中國第一顆人造金剛石和立方氮化硼等一系列填補(bǔ)國內(nèi)空白的超硬材料制品、行業(yè)專用生產(chǎn)和檢測設(shè)備儀器。

在三磨所的院內(nèi)，展示著一臺黃色的圓球形機(jī)器。這是1965年老一輩科技工作者研發(fā)出的中國第一臺人造金剛石機(jī)器，名叫“鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)”。

就是這樣一臺機(jī)器，打破了國外技術(shù)的壟斷，徹底改變了世界人造金剛石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局，也拉開了中國人造金剛石產(chǎn)業(yè)第一大國的序幕，這臺機(jī)器是鄭州三磨所名副其實的創(chuàng)業(yè)信物。

中國第一臺人造金剛石生產(chǎn)機(jī)器

故事要從上個世紀(jì)50年代講起，當(dāng)時新中國剛剛成立，一切百廢待興。

那時的中國，在人造金剛石領(lǐng)域還是一片空白，在精密制造和國防工業(yè)方面經(jīng)常被“卡脖子”。鄭州三磨所就是在這樣的背景下誕生了。

據(jù)鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司黨委副書記、紀(jì)委書記王偉濤介紹，當(dāng)時我國工業(yè)用金剛石主要依靠國外進(jìn)口，因國際環(huán)境變化，國外對中國進(jìn)行封鎖，導(dǎo)致我國工業(yè)用金剛石的來源幾乎被掐斷。要發(fā)展，中國就要去創(chuàng)造自己的金剛石。

1960年10月，當(dāng)時的第一機(jī)械工業(yè)部設(shè)立了代號為“121”的攻關(guān)課題組，向鄭州三磨所等機(jī)構(gòu)下達(dá)了研究人造金剛石的進(jìn)軍令。

經(jīng)過老一輩科技工作者失敗、改進(jìn)、再失敗、再改進(jìn)的艱苦探索，1963年終于在進(jìn)口的兩面頂壓機(jī)上，成功研制出了中國第一顆人造金剛石。

在欣喜之余，卻也面臨著新的問題。人造金剛石合成技術(shù)研制出來了，可是怎樣實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)？怎樣完成生產(chǎn)工藝和設(shè)備的完全自主化？

“1965年，老一輩科技工作者們創(chuàng)新性地研發(fā)出中國第一臺‘鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)’，并在鄭州市實現(xiàn)了人造金剛石在六面頂壓機(jī)上的合成制造，當(dāng)年產(chǎn)量即達(dá)到10000克拉。”王偉濤說。

隨后的30年間，該壓機(jī)共合成金剛石約150萬次，為中國超硬材料產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的裝備基礎(chǔ)，也為中國基礎(chǔ)工業(yè)走向世界前沿提供了重要的支撐。

由于“六面頂壓機(jī)”在人造金剛石合成效率和成本上優(yōu)于兩面頂壓機(jī)，徹底改變了世界人造金剛石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局，才造就了今天中國在世界超硬材料行業(yè)的地位。這臺機(jī)器就作為“功勛壓機(jī)”擺放在了三磨所院內(nèi)。

中國超硬材料70%產(chǎn)自河南

人造金剛石、立方氮化硼等超硬材料有哪些特點(diǎn)？主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

在普通人眼里，金剛石可以打磨成鉆石，用來裝飾。但在工業(yè)領(lǐng)域，以人造金剛石為代表的超硬材料，不僅是支撐我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先進(jìn)基礎(chǔ)材料，更是活躍在國防軍工、航空航天、半導(dǎo)體芯片等國家重大關(guān)鍵領(lǐng)域中的“終極材料”。

據(jù)了解，超硬材料是人造金剛石、立方氮化硼及以這兩種材料為主要成分制成的復(fù)合材料的統(tǒng)稱，其中金剛石是世界上最硬物質(zhì)。由超硬材料制成的各類高性能工具（切、磨、研、拋等）與功能部件統(tǒng)稱為超硬材料制品。

王偉濤稱，超硬材料及制品是支撐先進(jìn)制造技術(shù)的必備工具，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“牙齒”。

由鄭州三磨所研究開發(fā)出的“高精度超薄超硬材料磨具成套制造技術(shù)”“汽車關(guān)鍵零件加工用高效陶瓷CBN磨具”“硅片減薄砂輪”“微孔陶瓷工作盤”“CNC多軸聯(lián)動用砂輪”等高技術(shù)產(chǎn)品，改變了我國高檔精密超硬材料制品主要依靠進(jìn)口的局面，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

其針對電子信息、汽車、航空航天、國防軍工、家用電器、光伏、LED、風(fēng)能等行業(yè)研究開發(fā)出的一系列“高、精、尖、專”超硬材料制品，突破了多項關(guān)鍵技術(shù)，取得了一批高水平的成果。

2020年，中國人造金剛石產(chǎn)量突破200億克拉，占全球95%以上，是名副其實的人造金剛石第一大國。

“目前，中國的人造金剛石、立方氮化硼、復(fù)合材料這三款產(chǎn)品加起來，占世界95%以上的市場規(guī)模，而中國的超硬材料有70%產(chǎn)自河南。”王偉濤說。

推動金剛石更多領(lǐng)域應(yīng)用

自成立以來，三磨所承擔(dān)了大量國家、省（部）、市級科研項目，先后取得各類科研成果1320項，獲得國家、省（部）級各類科技獎項166項。其用一系列“高、精、尖、專”超硬材料制品及專用設(shè)備，填補(bǔ)著國內(nèi)行業(yè)的空白，也推動著我國超硬材料行業(yè)從無到有、從小到大、由弱漸強(qiáng)。

三磨所在快速發(fā)展的同時，也帶動著河南超硬材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如今，河南已有中南鉆石、黃河旋風(fēng)、四方達(dá)、力量鉆石等眾多知名的超硬材料生產(chǎn)企業(yè)，他們活躍在中國及世界的舞臺上。

在攜手行業(yè)共同發(fā)展的同時，三磨所也在通過術(shù)創(chuàng)新來推動產(chǎn)業(yè)升級。目前，三磨所把目光瞄向了硼摻雜電極材料、金剛石超寬禁帶半導(dǎo)體材料、超精密加工刀具材料、高性能散熱材料、光學(xué)窗口材料、納米金剛石等領(lǐng)域。

王偉濤說，金剛石作為極限材料，除具有優(yōu)異的力學(xué)性能外，還擁有最高的熱導(dǎo)率、極寬的禁帶寬度、高載流子遷移率、高絕緣性、極佳的光學(xué)透過性、化學(xué)穩(wěn)定性與抗輻照性等眾多熱、光、聲、電、化學(xué)優(yōu)異性能，被譽(yù)為“材料之王”，在航空航天、核工業(yè)、第四代半導(dǎo)體、超大功率器件等尖端技術(shù)領(lǐng)域具有極佳的應(yīng)用潛力。

金剛石是“終極半導(dǎo)體材料”，其器件性能理論上是現(xiàn)有硅基的數(shù)萬倍，但關(guān)鍵核心技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)尚未突破。

“接下來，三磨所在超硬材料方面將朝著高速、高效、高精密、綠色加工方向發(fā)展，圍繞這個方向去進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新；同時，圍繞金剛石‘光、學(xué)、電、熱、磁’等功能進(jìn)行產(chǎn)品布局。”王偉濤說。