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最近幾年，超材料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步可圈可點(diǎn)，如金剛石大單晶．隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)，組鋸，精密加工金剛石工具，整體PCBN、NPD等，其它產(chǎn)品也穩中有進(jìn)．未來(lái)超材料行業(yè)將進(jìn)入穩定發(fā)展格局，既要發(fā)展高制品，又要開(kāi)拓超制品用新領(lǐng)域，擴大在密加工，手機背板陶瓷材料，人造石，工程機械，石墨烯等領(lǐng)域的應用，同時(shí)要增強超材料在功能應用方向開(kāi)發(fā)并重視產(chǎn)品細節，加強質(zhì)量控制。整個(gè)行業(yè)要加黜性研和實(shí)創(chuàng )戰略，并要合關(guān)，加運作和，以實(shí)我材料及品由大國向強的轉變。
我國己由超硬材料生產(chǎn)大國逐步進(jìn)人了強國行列。主要特征是；六面頂壓機全面取代兩面頂成為世界主流合成設備，產(chǎn)品系列己基本滿(mǎn)足使用要求，綜合性能指標與國外己無(wú)實(shí)質(zhì)性差異。但制品總體上仍處于生產(chǎn)大國，不是強國上。主要特征是；高端制品仍大量進(jìn)口，價(jià)格居高，許多核心技術(shù)仍由國外掌控，國內原創(chuàng )技術(shù)不多。但國內近幾年來(lái)也有許多技術(shù)進(jìn)步可圈可點(diǎn)，與國外的差距有所縮小，剖分產(chǎn)品己全面取代進(jìn)口。
1超硬材料行業(yè)技術(shù)發(fā)展現狀
1.1超硬材料
1.1.1金剛石大單晶和CBN取得突破性進(jìn)展
近幾年，金剛石大單晶合成技術(shù)己成熟，2～3mm尺寸的無(wú)色透明大單晶（白鉆）己大批量生產(chǎn)，生4～5mm的單晶也能量產(chǎn)，但限于市場(chǎng)因素和客戶(hù)的心理接受程度，其市場(chǎng)規模仍較小。更大尺寸的單晶已開(kāi)展實(shí)驗工作，合成技術(shù)尚不成熟。目前行業(yè)約有2500～3000臺壓機用于金剛石大單晶的合成。行業(yè)內已有快速鑒定天然與合成鉆石的設備，約為20萬(wàn)/臺，預計很快投向市場(chǎng)。國內的大單晶主要銷(xiāo)往印度，目前，0.3～0.5ct的單晶銷(xiāo)量最好，大剖分采用現金交易。大單晶主要用于錢(qián)包、手表、皮帶等的裝飾，價(jià)格近年來(lái)下以較快，目前己接近成本水平。我國的CBN單晶產(chǎn)品系列化取得重大進(jìn)展，產(chǎn)品性能達到國際先進(jìn)水平，大量出口，全球市場(chǎng)占有率己處絕對優(yōu)勢。大尺寸CBN單晶的研宄也取得一定的進(jìn)展，完整晶形達到1mm以上的大尺寸單晶已能合成，更大尺寸的CBN單晶也在研發(fā)中。
1.1.2 PCD正縮小與國外產(chǎn)品差距
最近幾年國內的PCD合成技術(shù)發(fā)展很快，正在縮小與國外產(chǎn)品的差距。10μm以上中粗粒度產(chǎn)品與國外差距不大，基本處于同一水平。5μm以下細粒度產(chǎn)品與國外產(chǎn)品水平差距較大，尤其是在質(zhì)量穩定性方面。1～2μm及以下的PCD片國內也能生產(chǎn)，但成品率低、穩定性差。另外，國外PCD片最大直徑超過(guò)了100mm，主流產(chǎn)品尺寸為60～80mm，而國內最大尺寸只能做到60mm左右。高端PCD復合片目前市場(chǎng)上仍以元素六、DI、住友等公司為主。
1.1.3整體PCBN大量推向市場(chǎng)
目前，加一定比例粘結劑、去襯底的整體式PcBN已成功應用于金屬的粗加工，其合成條件低，燒結溫度約為1300℃～1500℃，壓力在4～5GPa左右。去襯底化、無(wú)結合劑化的PCD/PcBN是今后的發(fā)展趨勢。
1.1.4石油鉆井用PDC與國外的差距進(jìn)一步縮小
國內石油鉆井用PDC的產(chǎn)品質(zhì)量己達到國外同類(lèi)產(chǎn)品水半，性能相差不大，差距主要體現在質(zhì)量穩定性方面。價(jià)格約為國外產(chǎn)品的80％。
1.1.5 NPD國內研發(fā)成功，正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化測試
目前，國外的NPD產(chǎn)品己達到厘米級，正逐漸向商業(yè)化邊進(jìn)。國內在NPD方面的研發(fā)較晚，目前僅有四川大學(xué)、燕山大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)等單位在開(kāi)展相關(guān)的研宄工作，有資料表明φ6×6mmNPD已研發(fā)成功，能小批量測試，厘米級的NPD研發(fā)己在進(jìn)行。NPD的合成條件要求較高，壓力在15GPa左右，溫度要達到2000℃，合成時(shí)間在8小時(shí)以上。受制于生產(chǎn)成本高等因素，尚未產(chǎn)業(yè)化應用。
1.1.6CVD金剛石
CVD金剛石在工具及功能材料中的應用進(jìn)展不大。工具應用方面其市場(chǎng)容量小，國內整個(gè)行業(yè)產(chǎn)值不超過(guò)5000萬(wàn)元。在功能材料方面,CVD金剛石只在一些特殊場(chǎng)合，如紅外窗口、光刻機等方面有應用。CVD的真正優(yōu)勢是應用在功能材料方向，超硬材料行業(yè)要加快CVD金剛石生長(cháng)技術(shù)研宄及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)CVD金剛石在功能材料領(lǐng)域的快速發(fā)展。
1.1.7球齒
最近幾年，國內球齒研發(fā)雖有一定的進(jìn)展，但沒(méi)有取得突破性應用。球齒的應用實(shí)驗成本高，投入大，短期內還難以進(jìn)入盾構機等主要工程應用領(lǐng)域。
在應用方面，有資料表明：在國外，球齒在石油沖擊鉆頭上有應用，占油氣井鉆頭產(chǎn)值的10％。國內也有相應的報道，如某公司生產(chǎn)的球齒己經(jīng)出口歐美市場(chǎng)，年出口量約為2000萬(wàn)元，主要應用在石油鉆頭的非主要部位。
1.2超硬材料制品及技術(shù)
1.2.1隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)有重要突破
近兩三年，隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)取得了重要突破，國內己有廠(chǎng)家利用該技術(shù)大規模生產(chǎn)金剛石鋸片刀頭。隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)能以數量級幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，并且有利于自動(dòng)化生產(chǎn)。目前該技術(shù)還有一定的局限性，但整體上看，隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)在超硬材料工具制造方面將會(huì )得到進(jìn)一步推廣應用。
1.2．2組鋸機與組鋸繩成功推向市場(chǎng)
目前組鋸繩規格為φ（6～7）mm，以切割大型花崗巖為主。組鋸機以28條/組和56條/組為主，正在開(kāi)發(fā)72條/組的組鋸機。由于組鋸對設備精度要求很高。特別是對各條繩鋸的質(zhì)量穩定性和工作一致性有苛刻的要求，導致組鋸尚未大規模應用。
組鋸技術(shù)研發(fā)成功，是對大板切割工藝的一項重要創(chuàng )新，標志著(zhù)我國金剛石繩鋸全面進(jìn)入世界先進(jìn)水平。
1.2．3金剛石玻璃磨邊輪和打孔鉆具有國際市場(chǎng)定價(jià)權
玻璃加工用青銅基磨邊輪和打孔鉆，國內產(chǎn)品性能達到國際領(lǐng)先水平，特別是在加工效率方面己遠超國外同類(lèi)產(chǎn)品。國內磨邊輪的正常加工效率為12～15m/min，是相同加工條件下國外產(chǎn)品的3～4倍。國內該產(chǎn)品具有國際市場(chǎng)定價(jià)權。
樹(shù)脂基磨邊輪，國內產(chǎn)品與國外的相比尚有一定的差距，主要體現在：大面積接觸加工時(shí)產(chǎn)品的質(zhì)量穩定性尚待提高。整體而言，這種差距明顯在縮小。
1.2.4電鍍金剛石線(xiàn)鋸成功應用于多晶硅切片
2016年下半年，多晶硅切片的后續工藝--黑硅技術(shù)己成熟并實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化，解決了金剛石線(xiàn)切割多晶硅片時(shí)降低光電轉化率的瓶頸問(wèn)題，為金剛石線(xiàn)在多晶硅切片領(lǐng)域的應用打開(kāi)了市場(chǎng)。
目前，單晶硅和多晶硅的市場(chǎng)比大概為3：7，隨著(zhù)黑硅技術(shù)的突破及線(xiàn)鋸技術(shù)水半的提高，預計金剛石線(xiàn)在多晶硅切片市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(cháng)。以目前的0.2元/米的價(jià)格估算，預計全球年消耗量會(huì )達到100億元。線(xiàn)鋸的發(fā)展前景良好。
1.2．5cBN砂輪進(jìn)入相對平衡發(fā)展階段
國內cBN砂輪進(jìn)入相對半衡發(fā)展階段，技術(shù)穩定性有明顯提高，許多產(chǎn)品與國外產(chǎn)品處于同一水平。特別在高速磨削方面，150-200m/s以上產(chǎn)品在質(zhì)量上己接近進(jìn)口產(chǎn)品水平。由于進(jìn)口設備的原因，在發(fā)動(dòng)機部件加工上，仍以進(jìn)口產(chǎn)品為主，國內產(chǎn)品主要用于配件加工。在價(jià)格上，國內產(chǎn)品價(jià)格約為進(jìn)口產(chǎn)品的70%-80%。最近幾年國內市場(chǎng)竟爭激烈，導致cBN砂輪價(jià)格下跌，產(chǎn)品利潤下降。
1.2．6金剛石鋸片
最近幾年專(zhuān)業(yè)片技術(shù)進(jìn)步明顯，壽命已經(jīng)達到了3萬(wàn)-4.5萬(wàn)m2/片，與5年前的使用壽命相比翻倍提高，并且效率也在同步提高。我國的專(zhuān)業(yè)片主要出口北美市場(chǎng)，近年歐洲市場(chǎng)增加很快。部分廠(chǎng)家的技術(shù)與國外處于相同水平，并且領(lǐng)先于韓國等部分國家。通用鋸片的價(jià)格已接近成本水平，市場(chǎng)競爭激烈。部分廠(chǎng)家已將生產(chǎn)基地設在泰國、越南等地，以降低生產(chǎn)成本。
金剛石鋸片必須持續不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新，并且在產(chǎn)品細節、工藝等方面有持續的改進(jìn)，才能在殘酷的市場(chǎng)競爭中占據一席之地。
1.2.7釬焊金剛石工具
當前，單層釬焊技術(shù)已基本成熟，并且有產(chǎn)業(yè)化應用和生產(chǎn)。單層釬焊金剛石工具加工條件要求高，使用范圍窄，因此產(chǎn)量不高，只能座位特殊用途的一種補充。多層釬焊金剛石工具的制備技術(shù)已成形，但修整困難，嚴重制約了其產(chǎn)業(yè)化應用和推廣。
1.2.8陶瓷加工金剛石工具
陶瓷加工用金剛石工具全球市場(chǎng)容量約50億元人民幣。目前中國占全球市場(chǎng)的90%以上，產(chǎn)品種類(lèi)方面已全部覆蓋。釉磚由于制作方式與普通陶瓷磚不同，花紋多樣，拋光時(shí)光亮度高，多采用彈性磨塊干式加工。近年來(lái)在干式加工和綠色加工方面取得進(jìn)展。
1.2.9精密加工工具取得重要進(jìn)展
精密加工工具是附加值很高的產(chǎn)品，近幾年取得較大進(jìn)展，如超薄切割片、玻璃加工刀輪、超高速高性能CBN砂輪等。國內個(gè)別公司的PCBN精密刀具早已進(jìn)入整車(chē)市場(chǎng)，用于手機背板加工的PCD刀具也有重大突破。
2 超硬材料行業(yè)技術(shù)發(fā)展展望
2.1 行業(yè)發(fā)展將進(jìn)入相對穩定格局
超硬行業(yè)將進(jìn)入相對穩定的發(fā)展局面，各企業(yè)獨特的產(chǎn)品優(yōu)勢將更加明顯，行業(yè)分工會(huì )進(jìn)一步細化。在這個(gè)過(guò)程中，每個(gè)企業(yè)將會(huì )找準自己的定位，做出特色、做出優(yōu)勢，并避免盲目的惡性競爭，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。
2.2 發(fā)展高端制品，推動(dòng)我國超硬制品產(chǎn)業(yè)化向世界強國邁進(jìn)
我國的高端超硬制品，如精密加工工具、專(zhuān)業(yè)鋸片、高速砂輪、細粒度低含量PCBN等，與國外同類(lèi)產(chǎn)品相比仍有較大差距。努力提高我國超硬材料及制品的技術(shù)水平，發(fā)展高端制品，已成為迫在眉睫的事。行業(yè)人士應重點(diǎn)選擇一些更有發(fā)展前景或有望得到快速應用的新產(chǎn)品新技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
2.2.1 金剛石線(xiàn)鋸
2016年下半年，線(xiàn)鋸切割多晶硅的核心技術(shù)實(shí)現突破，金剛石線(xiàn)鋸將全面應用于多晶硅切片領(lǐng)域。發(fā)展金剛石長(cháng)線(xiàn)鋸等高端制品，將會(huì )促進(jìn)我國光伏及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于中國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。
另外，金剛石線(xiàn)鋸也可以應用于石墨，貴重金屬，晶體，陶瓷，磁性材料等的切割。研發(fā)針對不同形狀、不同材質(zhì)的高端金剛石線(xiàn)，開(kāi)發(fā)多線(xiàn)、網(wǎng)面切或曲面切等加工方式，是未來(lái)超硬制品發(fā)展的一個(gè)重要方向。
2.2.2 隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)
利用隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)制備的刀頭在使用性能上已達到熱壓燒結同類(lèi)產(chǎn)品的水平。展現出了極好的發(fā)展前景和市場(chǎng)價(jià)值。目前，國內只有部分較大規模的廠(chǎng)家才具備相應的設別及配套技術(shù)。但隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，隧道窯無(wú)壓燒結技術(shù)必將會(huì )有更廣泛的應用，在自動(dòng)化、智能化方面將會(huì )有重大突破。
2.2.3 人造金剛石大單晶刀具及功能材料
大單晶刀具適合對表面粗糙度、幾何形狀精度和尺寸精度有較高要求的精密加工領(lǐng)域，可作為特定加工場(chǎng)合的輔助和補充。隨著(zhù)國內大單晶的突破，取代天然單晶刀具是大概率事件。
另外，金剛石大單晶具有熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)等方面的優(yōu)異性能，越是在強酸、強堿、強輻射等極端惡劣條件下，金剛石大單晶的性能就體現的越發(fā)明顯和突出。因此，要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)大尺寸、純度高、晶型完整的單晶，加強其在軍工、航天及窗口材料等領(lǐng)域的應用。
2.2.4 整體PCBN和高端PCBN、PCD
國內的整體PCBN已有產(chǎn)業(yè)化應用，但質(zhì)量穩定性方面還有待提高，必須通過(guò)合理選用原材料、優(yōu)化組裝結構、細化生產(chǎn)工藝、自動(dòng)化設備投入等途徑，來(lái)提高和保證其質(zhì)量穩定性。高端PCBN和PCD要重視大直徑、細粒度帶來(lái)的均勻性問(wèn)題及質(zhì)量穩定性問(wèn)題，要進(jìn)一步推動(dòng)PCBN、PCD刀具代替陶瓷、高速鋼、硬質(zhì)合金等刀具的進(jìn)程。
2.2.5 NPD
未來(lái)幾年超硬行業(yè)應加大NPD的研發(fā)力度，重點(diǎn)關(guān)注NPD的理論研究和后期加工兩個(gè)主要問(wèn)題，在軍工、航空航天等高端應用領(lǐng)域進(jìn)行應用探索，進(jìn)一步培育市場(chǎng)，推動(dòng)高端NPD的產(chǎn)業(yè)化。
2.2.6 高端PDC和球齒PCD
PDC必須要走高端技術(shù)路線(xiàn)，加快研究，在產(chǎn)品生產(chǎn)階段要嚴控次品率，確保質(zhì)量穩定性。球齒類(lèi)PCD在技術(shù)研發(fā)的同時(shí)需考慮應用方向，在擴大應用范圍的同時(shí)，要重點(diǎn)攻克其在工程機械領(lǐng)域的應用。
2.3 開(kāi)拓超硬制品應用新領(lǐng)域
2.3.1 超硬制品應進(jìn)一步朝著(zhù)精密加工領(lǐng)域發(fā)展
早在十年前，國務(wù)院就下發(fā)了國發(fā)【2006】8號文件，明確提出：“發(fā)展精密及超精密技術(shù)，提高機床的可靠性及精度保持技術(shù)?！睂⒕芗庸ど仙搅藝覒鹇缘母叨?。精密加工必須從超硬行業(yè)開(kāi)始，而目前國內一些高精度高精密金剛石工具，例如超薄切割片、超細粒度金剛石砂輪、高精度鉆頭等，與國外產(chǎn)品相比仍有較大差距。國內的生產(chǎn)單位要瞄準精密加工超硬制品這個(gè)方向來(lái)發(fā)展，要在生產(chǎn)過(guò)程中制定嚴格的產(chǎn)品標準和工藝規程，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩定性。同時(shí)要加大對高端設備的投入力度，從硬件設施上推動(dòng)精密加工技術(shù)的發(fā)展。
2.3.2 手機背板陶瓷材料加工領(lǐng)域
在5G通信，無(wú)線(xiàn)充電及OLED的快速發(fā)展趨勢下，陶瓷等非金屬材料將逐步替代金屬材料，成為主流背板產(chǎn)品。有資料表明，到2019年，全球電子陶瓷材料的市場(chǎng)空間預計達到240億美元左右，我國的電子陶瓷市場(chǎng)規模將達到640億元，因此，針對陶瓷背板材料的鉆、磨類(lèi)金剛石工具將會(huì )有較大的市場(chǎng)前景，行業(yè)人士要認真審視陶瓷背板的發(fā)展趨勢，提前做好新產(chǎn)品的研發(fā)和戰略部署。
2.3.3 人造石加工領(lǐng)域
人造石主要用在家庭櫥柜、窗臺等地方，目前國內人造石使用量有所增加，但整體容量較小，每年約1億平方米。在未來(lái)，處于環(huán)保等因素，可能會(huì )限制天然石材開(kāi)采，因此人造石的應用有加速發(fā)展的可能，針對人造石加工的金剛石工具也將隨之增長(cháng)。
2.3.4 擴大超硬制品在工程領(lǐng)域應用
除了金剛石球齒類(lèi)產(chǎn)品應用在盾構機、路面銑刨機等領(lǐng)域外，要拓展超硬制品在工程施工路領(lǐng)域的新應用，如擴大專(zhuān)業(yè)鋸片在橋梁拆遷、建筑工程等場(chǎng)合的應用規模；加快金剛石繩鋸在無(wú)損傷施工、沉船打撈等特殊應用等。
2.3.5 尋找切入點(diǎn)，實(shí)現石墨烯產(chǎn)業(yè)與超硬行業(yè)相結合
石墨烯產(chǎn)業(yè)已被納入國家戰略布局，是一種前沿新材料。超硬材料行業(yè)要抓住石墨烯發(fā)展的良好機遇，將石墨烯的特殊性能與超硬材料、制品融合起來(lái)，這既能最大程度發(fā)揮石墨烯的性能，又能讓超硬材料或制品取得較高的性?xún)r(jià)比。同時(shí)，還要把石墨烯產(chǎn)業(yè)與超硬材料行業(yè)的上下游應用完全有機融合，以此來(lái)更快推進(jìn)超硬材料行業(yè)的發(fā)展。
2.4 加強超硬材料在功能應用方向開(kāi)發(fā)
金剛石和CBN都具有卓越的特殊性能。如金剛石從深紫外到遠紅外全透明，可應用于巡航導彈紅外探測器的窗口、激光窗口材料、透鏡材料和光學(xué)保護涂層；CBN晶體在高溫高功率寬帶器件、微電子領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。加強金剛石和CBN功能性研究與應用，是行業(yè)未來(lái)可持續發(fā)展的重要途徑和方向。
2.5 重視產(chǎn)品細節，提高精細化管理水平，加快自動(dòng)化、智能化的推進(jìn)速度
超硬材料行業(yè)已經(jīng)普遍意識到了產(chǎn)品細節控制的重要性，并且部分廠(chǎng)家已經(jīng)走在了產(chǎn)品細節控制的前列，特別是在自動(dòng)化設備上以前所未有的粒度進(jìn)行投入。一些廠(chǎng)家的生產(chǎn)環(huán)境相當干凈整潔，甚至達到了“醫院式”的清潔水平，為產(chǎn)品的質(zhì)量穩定打下堅實(shí)的基礎。
3.結束語(yǔ)
超硬材料行業(yè)要抓住國家經(jīng)濟轉型升級的良好機遇，攜手共進(jìn)，務(wù)實(shí)拼搏，實(shí)現我國有超硬材料及制品大國向強國的轉變：
（1）加強基礎性研究，主打創(chuàng )新戰略，培養自己的民族品牌。重視超硬材料及制品的基礎研究，提高其理論水平，是我國打破外國技術(shù)封鎖、提高自主研發(fā)水平、由超硬材料大國邁向強國的核心內容和必由之路。行業(yè)人士要重視和解決這些問(wèn)題，不斷地開(kāi)拓創(chuàng )新，提升產(chǎn)品質(zhì)量和附加值，培育自己的民族品牌，在高端超硬制品領(lǐng)域搶占國際市場(chǎng)。
（2）加強對超硬材料及制品研究投入力度，實(shí)施合作攻關(guān)戰略。超硬材料行業(yè)既要充分利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室、工程中心、技術(shù)創(chuàng )新平臺等有利平臺，實(shí)施產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，加大研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化力度，也要加強超硬材料行業(yè)上下游之間產(chǎn)業(yè)鏈的合作，實(shí)施全方位、多層次的突破，來(lái)真正實(shí)現我國的超硬材料強國夢(mèng)。
（3）加強宣傳與資本運作，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng )造有利氛圍和籌集發(fā)展資金。超硬材料行業(yè)既要加強在資本市場(chǎng)的運作，通過(guò)資本投入來(lái)促進(jìn)技術(shù)水平提高，又要利用各種渠道，加強對各級政府、協(xié)會(huì )和行業(yè)組織等的宣傳，擴大超硬材料行業(yè)的影響力，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng )造良好環(huán)境。
- -來(lái)源于《超硬材料工程》