中國人造金剛石工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展展望

一、 簡略回顧  

1954年美國GE公司研制成功了世界上*顆人造金剛石。我國1960年10月作為國家重點科研項目下達了人造金剛石的研制任務，該任務由原*機械工業(yè)部磨料磨具磨削研究所、通用機械研究所和原地質科學研究院共同承擔。經(jīng)過通力合作，1963年12月6日在國產(chǎn)300噸61型兩面頂超高壓裝置上，以高純石墨粉為原料，以鎳鉻合金為觸媒研制成功了我國*顆人造金剛石。1964年4月由磨料磨具磨削研究所與鑄造鍛壓研究所開始設計6×6MNDS-023A型鉸鏈式六面頂壓機。1965年4月原*機械工業(yè)部下達國家科委“關于人造金剛石中間試驗任務書”，1965年8月六面頂壓機制造并在磨料磨具磨削研究所安裝完成，1966年7月3日正式投入合成工藝試驗，并投入批量生產(chǎn)，當年生產(chǎn)人造金剛石一萬克拉，同時由磨料磨具磨削研究所參與選址、設計、籌建我國*個人造金剛石及其制品的專業(yè)化生產(chǎn)廠—第六砂輪廠，為該廠提供了整套工藝。并在*砂輪廠、第二砂輪廠、上海砂輪廠、蘇州砂輪廠等10多家廠推廣試生產(chǎn)。第六砂輪廠于1969年建成投產(chǎn)。至此，我國逐步形成了以6×6MN六面頂設備為特色的發(fā)展人造金剛石工業(yè)的體系。  

30多年來，我國人造金剛石的產(chǎn)量如表1所示，發(fā)展趨勢如圖1所示。  

人造金剛石除少部分直接用于研磨、拋光、涂層等工序外，大多數(shù)則制成各種工具制品用于不同的工業(yè)領域，如表2所示[1]，各種不同領域的應用比例如圖2所示。  


表1、中國歷年人造金剛石的產(chǎn)量  

單位：百萬克拉  

年份 1966 * 1970 * 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979  

產(chǎn)量 0.01 0.46 1.19 1.37 1.87 2.60 3.12 4.78 6.18  

年份 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990  

產(chǎn)量 4.50 4.10 5.00 7.00 10.0 17.0 18.0 23.0 30.0 38.0 43.0  

年份 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000  

產(chǎn)量 65.0 110 200 240 260 320 440 500 750 1000**  

*：1967-1969、1971、1972五年數(shù)據(jù)未能找到；**：為估算值  

人造金剛石的應用領域十分廣泛，幾乎涉及國計民生的各個領域，小到家庭裝修，大到微電子及航空航天等高技術領域均有其用武之地。有的甚至是非其莫屬，如用量*大的石材工業(yè)離開人造金剛石及其工具就極難發(fā)展。可以說人造金剛石的推廣應用開創(chuàng)并推動了石材工業(yè)的蓬勃發(fā)展，在光學玻璃冷加工、地質鉆探、陶瓷、汽車零件等機械加工、金屬拉絲等方面引起了革命性的工藝改革。使加工效率、加工精度幾十倍甚至上百倍地提高，使一些過去難加工甚至無法加工的材料能順利、高精度地加工。人造金剛石及制品基本能滿足國內(nèi)各個工業(yè)部門的需求，為整個國民經(jīng)濟發(fā)展做出了不可磨滅的巨大貢獻。  

二、人造金剛石行業(yè)現(xiàn)狀  

據(jù)稱世界工業(yè)用金剛石產(chǎn)量約15億克拉[3]（含部分天然金剛石、立方氮化硼）。我國單人造金剛石產(chǎn)量已達10億克拉，已占世界總產(chǎn)量的60%以上，堪稱生產(chǎn)人造金剛石的*大國。僅石材加工耗用金剛石約為3億克拉[2]，可以說金剛石制品產(chǎn)量我國也堪稱大國。但無論是金剛石還是制品，其質量均屬中低檔產(chǎn)品，與發(fā)達國家質量水平差別較大。按我國標準的DMD級的*產(chǎn)品國內(nèi)基本無產(chǎn)品供應。近年來人造金剛石的產(chǎn)品構成比如表3所示（不含引進兩面頂技術生產(chǎn)廠家）。需要指出的是北京人工晶體研究院用兩面頂壓機生產(chǎn)的金剛石明顯優(yōu)于國內(nèi)普通采用的六面頂壓機生產(chǎn)的金剛石，當屬中*產(chǎn)品，其產(chǎn)量只有國內(nèi)總產(chǎn)量的0.7%（按1999年27家統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算，若按總產(chǎn)量10億克拉計，則只占0.4%）。此外，保定八達穩(wěn)德金剛石有限公司利用引進兩面頂壓機和進口原材料所生產(chǎn)的金剛石屬中*產(chǎn)品，但今年才正式投產(chǎn)，產(chǎn)量所占總量比例也很小。  


表3、1995—1999年人造金剛石按產(chǎn)量計產(chǎn)品構成比  

年度 RVD（%） MBD(%) SMD(%) 統(tǒng)計企業(yè)數(shù)9個）  

1995 36.83 53.39 9.78 42  

1996 28.90 55.36 15.74 25  

1997 33.41 56.11 10.48 18  

1998 27.16 60.19 12.65 20  

1999 31.09 45.12 23.79 27  

從表3不難看出，我國人造金剛石產(chǎn)品的品位在逐年提高，2000年依然有較大幅度的提高。這說明行業(yè)整體技術水平有了明顯提高。這得益于近年來行業(yè)志士對6×12MN以上的所謂大壓機的研制開發(fā)及Φ30腔體以上所謂大腔體合成工藝的研制開發(fā)，目前已發(fā)展到6×31MN、Φ55以上腔體的研制開發(fā)。這種迅猛的發(fā)展有喜有憂，喜的是大壓機大腔體能夠促進金剛石質量的提高，憂的是這種超常規(guī)發(fā)展（近3年來新裝6×12MN以上壓機總數(shù)已超過800臺，加上原有6×8MN及以下壓機4000臺，總數(shù)接近5000臺）使中低檔產(chǎn)品嚴重過剩，引起市場混亂。從技術角度看，國內(nèi)以六面頂壓機、片狀觸媒與石墨及工藝技術生產(chǎn)金剛石為主，其產(chǎn)量占總量的98%左右，以國產(chǎn)兩面頂壓機、片狀觸媒與石墨和以引進兩面頂壓機、粉狀觸媒與石墨生產(chǎn)中*金剛石為輔，其產(chǎn)量占總量的1—2%。利用粉狀觸媒與石墨在六面頂壓機上生產(chǎn)中*金剛石的研究已取得階段性成果并在逐步推廣應用。從行業(yè)企業(yè)構成角度看，民營、集體、中外合資、國有企業(yè)均有，屬多種經(jīng)濟成分構成，民營、集體企業(yè)占絕大多數(shù)，國有企業(yè)較少，中外合資企業(yè)更少，具體比例未做統(tǒng)計。目前統(tǒng)計到的企業(yè)總數(shù)為248家，遍布全國各地。必須申明，諸多個體小企業(yè)難以統(tǒng)計到。按省市分布情況如表4所示。從行業(yè)企業(yè)改制重組情況看，小企業(yè)因受資金、技術等技術等條件的限制和大中型企業(yè)迅速膨脹的影響，逐步被大企業(yè)兼并，也有多家中小型企業(yè)聯(lián)合重組，也有小企業(yè)倒閉后設備被大中型企業(yè)收購等情況。總的趨勢是逐步向河南、安徽、湖南、河北等省區(qū)集中。這種趨勢是行業(yè)所希望的，只有大型化、集團化才能提高抗風險能力，才有利于市場競爭，才有利于節(jié)約資源，才有利于產(chǎn)品質量提高和技術進步。但人造金剛石制品企業(yè)沒有出現(xiàn)重組情況，也屬正常。金剛石制品企業(yè)就應該是專業(yè)、分散，這是行業(yè)所希望的。因為制品種類繁多，涉及學科、工業(yè)領域不同，不少品種用量有限，小規(guī)模、專業(yè)化反而有利于形成產(chǎn)品特色，有利于產(chǎn)品質量提高。  


表4、金剛石及制品生產(chǎn)企業(yè)分布情況（只計5家企業(yè)以上的省市企業(yè)）  

省市 北京 上海 天津 河北 遼寧 江蘇 安徽 山東  

單晶 7 6 2 6 3 7 6 3  

制品 13 7 7 8 4 26 2 10  

省市 浙江 福建 湖南 湖北 河南 廣東 廣西 陜西  

單晶 16 4 12 4 18 5 4 2  

制品 11 29 9 14 37 16 4 4  

注：本表既生產(chǎn)單晶又生產(chǎn)制品的企業(yè)重復計數(shù)  


三、 發(fā)展展望  

1、存在的主要問題  

三十七年來，中國金剛石工業(yè)蓬勃發(fā)展，形成了獨具特色的完整的工業(yè)體系，為中國的經(jīng)濟建設做出了巨大的貢獻。但也存在不少問題，歸納起來主要問題如下：  

⑴、產(chǎn)品質量低、品牌意識差、*產(chǎn)品以進口為主。  

表5給出了國內(nèi)外金剛石性能的比較。表內(nèi)所采國內(nèi)外樣品，均屬中檔產(chǎn)品。由表內(nèi)可以看出，反映金剛石使用指標的主要參數(shù)TTi（1100℃時），國內(nèi)六面頂壓機生產(chǎn)的產(chǎn)品與兩面頂壓機生產(chǎn)產(chǎn)品相差甚遠，而國內(nèi)兩面頂壓機生產(chǎn)的產(chǎn)品與國外相應產(chǎn)品也有10%以上差距。有資料表明國內(nèi)外金剛石樣品均取*產(chǎn)品，TTi指標差距大體和此表一樣，甚至差距更大。國內(nèi)*金剛石只有北京人工晶體研究院、保定八達穩(wěn)德金剛石公司少量兩面頂壓機產(chǎn)品一部分供應市場外，大量的靠進口解決。因統(tǒng)計渠道不暢、進口金剛石私自夾帶等原因，真正的進口量不得而知，估計每年約有7000萬克拉之多�？梢哉f，*金剛石市場基本被進口貨所壟斷。  

表5、國內(nèi)外金剛石樣品性能對比[5]  

金剛石 粒度 靜壓強度 Ti TTi  

國內(nèi)六面頂樣品 40/50 12kg 23% 5%  

國內(nèi)兩面頂樣品 40/50 12kg 65% 50%  

De Beers樣品 40/50 SAD55+ 68% 56%  

G.E樣品 40/50 MBS-940 68% 58%  

備注：（1）試驗參數(shù)：沖擊頻率：2400次/分；沖擊時間：50秒；TTi：在1100℃，加熱30分鐘，有保護氣體（N2）。  


從品種牌號方面看，按照金剛石所適用的用途來分，De beers共有44個牌號，GE公司共有25個牌號；我國則只有11個牌號[6]且**的DMD級沒有商業(yè)化的產(chǎn)品。牌號少而不細，影響了制品的研制開發(fā)和質量水平。此外，國內(nèi)人造金剛石市場絕大多數(shù)仍以單顆粒抗壓強度即多少公斤來論價，根本不關心品牌，只少數(shù)幾家生產(chǎn)廠和一些外貿(mào)公司建立了自己的品牌。為了提高金剛石行業(yè)的品牌意識，2000年中國機床工具工業(yè)協(xié)會超硬材料分會組織了*品牌推薦活動，歷經(jīng)技術監(jiān)督局抽樣，國家磨料磨具質量監(jiān)督檢驗中心檢測、評審小組評審、領導小組審定，歷時10個月年，*終推薦8家15種產(chǎn)品為1999—2000年度*品牌產(chǎn)品，并在《金剛石與磨料磨具工程》、《石材》雜志、《中國機床工具報》、互聯(lián)網(wǎng)等進行了公開報道。  

⑵、制品發(fā)展緩慢  

消耗金剛石*多的石材加工用鋸片，多數(shù)是靠加大低品位金剛石的配料密度來制作的，而且有金剛石品位越選越低，有的甚至加入部分碳化硅粉末的趨勢，這種措施能降低成本、滿足低水平的加工要求。由此引起了設備易損、石材荒料浪費、加工效率低、電耗大，更重要的是加工的石材質量差，不僅賣不上價格，而使國內(nèi)的*建筑也不得不進口板材來裝修。高精度的組鋸用鋸片、高精度石材加工用的其他工具，基本用進口產(chǎn)品。  

機械加工特別上轎車加工用超硬磨具依賴進口的局面未有效扭轉，只在輔助工序，如刃磨等采用國產(chǎn)產(chǎn)品。一是國產(chǎn)磨具水平偏低；二是未建立完善的磨削試驗基地，新開發(fā)的產(chǎn)品多在生產(chǎn)現(xiàn)場試驗摸索磨削參數(shù)，這是加工企業(yè)*不愿做的事情，如能建立完善的試驗檢測基地，能給用戶提供磨具制品的各種磨削參數(shù)，不僅會加快我國產(chǎn)品開發(fā)步伐，而且對推廣應用極為有利。此外，多數(shù)制造企業(yè)缺乏高精度制品生產(chǎn)設備（線），雖有少數(shù)廠家購置、引進了先進生產(chǎn)設備，但總的應用面較窄，多數(shù)設備只能滿足一般產(chǎn)品需求，多數(shù)企業(yè)資金短缺，基本上靠中低檔產(chǎn)品艱難度日。  

制品發(fā)展緩慢的另一個原因是制品開發(fā)的力度遠沒有金剛石單晶的開發(fā)力度大，資金投入的也少，信息交流也不夠。  

⑶、無序競爭，市場混亂  

近兩三年行業(yè)新增6×12MN以上的大壓機總臺數(shù)在800臺以上，引起中低檔金剛石產(chǎn)量過剩、價格滑坡嚴重，在連續(xù)幾年下滑的基礎上，今年又比去年下滑20%，引起惡性競爭，多年來現(xiàn)款現(xiàn)貨的交易方式被打破，賒銷之風又露端倪。通用制品如鋸片、砂輪、電鍍工具等價格也是逐年下降，競爭亦非常激烈，致使管理好的企業(yè)微利運行，管理稍差即會虧損。  

⑷、技術力量弱、技術開發(fā)條件差  

由于研究開發(fā)經(jīng)費少，大多數(shù)企業(yè)甚至包括科研院所中的*技術人員不得不為自己的工資等人頭費而將目標盯在賺錢上，而且美其名曰：“搞經(jīng)濟建設”，發(fā)展前景好的創(chuàng)新型中長期研究項目難以開展；有的*人才甚至舍棄研究開發(fā)，轉搞容易賺錢的貿(mào)易；致使技術力量愈現(xiàn)薄弱、創(chuàng)新減少。  

一方面是創(chuàng)新資金短缺，難以吸引*人才從事此項工作，另一方面是相關材料行業(yè)的相對落后也限制了本行業(yè)的發(fā)展，如國產(chǎn)和引進兩面頂壓機不能充分發(fā)揮效益，即與國內(nèi)無法提供該設備所需的硬質合金壓缸、模具材料性能不高有關。  

⑸、企業(yè)管理水平急需提高  

我國正處在計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟的轉軌時期，現(xiàn)代企業(yè)管理制度尚未完全建立，計劃經(jīng)濟的痕跡依然存在，人、財、物的管理存在某種隨意性，中小企業(yè)人員素質偏低，國營企業(yè)冗員仍多，原材料進廠驗收手段不齊、管理不嚴，產(chǎn)品質量難以穩(wěn)定。  

2、加入WTO對人造金剛石行業(yè)的影響  

我國人造金剛石工業(yè)是進入市場競爭較早的新興產(chǎn)業(yè)，以中低檔金剛石爭得了國際市場較大份額，按出口量占總產(chǎn)量的40%計[2]，年出口量近4億克拉，不僅是人造金剛石生產(chǎn)大國，也是出口大國。人造金剛石制品出口較少。經(jīng)行業(yè)專家預測加入WTO后對人造金剛石行業(yè)總的來說利多弊少[2]，其主要影響如下：  

（1）、有利于行業(yè)的結構調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級，有利于充分利用外資、技術、管理和市場資源，從而推動行業(yè)技術進步；  

（2）、有利于打破一些國家和地區(qū)的貿(mào)易壁壘和地區(qū)保護，改變依賴轉口貿(mào)易，利于直接貿(mào)易，利于出口市場進一步擴大；  

（3）、有利于促進產(chǎn)品質量標準與國際接軌；  

（4）、國外*金剛石及各種精密高效的金剛石工具制品會大量涌入，對國內(nèi)的市場會產(chǎn)生沖擊，也會失去一部分份額，一段時間內(nèi)會對行業(yè)（特別是制品企業(yè)）產(chǎn)生不良影響；  

（5）、金剛石及制品正在開發(fā)或尚未開發(fā)的應用領域將會直接采用外國產(chǎn)品，再配合專利保護，可能造成外國產(chǎn)品在某個特殊領域的壟斷。  

3、發(fā)展趨勢  

’98鄭州超硬材料及制品研討會上，*大范圍地吹響了向超硬材料強國進軍的號角，此后，行業(yè)志士研究開發(fā)高品級金剛石及制品的步伐明顯加快并取得了可喜的成果。國內(nèi)六面頂壓機，已從6×12MN發(fā)展到6×20MN，6×31MN的壓機已研制成功，合成棒直徑已從ф30mm發(fā)展到ф45mm，ф55mm合成棒已研制成功；已開發(fā)出相當于GE公司MBS-940的金剛石，其性能指標明顯優(yōu)于1998年以前的產(chǎn)品。引進的60MN兩面頂壓機已投入商業(yè)運行，其產(chǎn)品已進入國際市場，已計劃開發(fā)35MN及以上的國產(chǎn)兩面頂壓機。制品方面某些品種已達到某發(fā)達國家的產(chǎn)品水平，并開始批量出口，有的產(chǎn)品甚至被允許打上某發(fā)達國家的標牌進入市場�？梢哉f我國人造金剛石行業(yè)近年來已取得了驕人的成就。  

展望二十一世紀，我國人造金剛石行業(yè)發(fā)展趨勢如何呢？筆者歸納出以下幾條，謹供批評指正：  

1、人造金剛石單晶的生產(chǎn)將進一步朝著規(guī)�；�、集約化發(fā)展，缺乏資金和技術支撐、沒有特色的小企業(yè)生存將更加困難；  

2、金剛石行業(yè)屬于高技術行業(yè)，從業(yè)人員的知識水平會有較大提高，更多的高智人才會加入本行業(yè)；  

3、利用6×12MN以上大壓機生產(chǎn)高品級金剛石的工藝將在數(shù)年內(nèi)得以完善，六面頂壓機生產(chǎn)高品級金剛石的研發(fā)步伐將進一步加速，高品級金剛石的生產(chǎn)比例將大幅度提高；  

4、仍將有個別企業(yè)繼續(xù)在六面頂壓機大型化方面進行研究，六面頂壓機的極限噸位在二十一世紀初葉即會明確；  

5、二十一世紀初葉是中國兩面頂技術大發(fā)展的時期，國產(chǎn)兩面頂壓機將逐步實現(xiàn)大型化，引進兩面頂壓機將全部投入商業(yè)運行，年輪式模具將大幅度提高國產(chǎn)化率并逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化；  

6、合成高品級金剛石用粉末觸媒、粉末石墨及葉臘石等原輔材料的研究將出現(xiàn)重大進展；  

7、金剛石行業(yè)標準將在二十一世紀初葉與國際接軌，金剛石的分選檢測技術將會大幅度提高并日趨完善；  

8、金剛石各種制品將向高品級發(fā)展，以滿足日益提高的石材、玻璃、陶瓷、機械等高精度加工的需求；  

9、會有越來越多的企業(yè)參與國際競爭，金剛石單晶和制品的出口渠道將進一步拓寬，國際市場份額會越來越大。  


總之，中國金剛石工業(yè)從無到有，從小到大，已成為世人矚目的行業(yè)，為中國的經(jīng)濟建設做出了積極貢獻。二十一世紀初期是由大轉強的黃金時期，我們有理由相信中國金剛石行業(yè)有能力趕上世界先進水平，實現(xiàn)金剛石強國夢！