中国人造金刚石工业现状及发展展望

发布时间：2005/12/17 23:20:22

一、 简略回顾 

1954年美国GE公司研制成功了世界上*颗人造金刚石。我国1960年10月作为国家重点科研项目下达了人造金刚石的研制任务，该任务由原*机械工业部磨料磨具磨削研究所、通用机械研究所和原地质科学研究院共同承担。经过通力合作，1963年12月6日在国产300吨61型两面顶超高压装置上，以高纯石墨粉为原料，以镍铬合金为触媒研制成功了我国*颗人造金刚石。1964年4月由磨料磨具磨削研究所与铸造锻压研究所开始设计6×6MNDS-023A型铰链式六面顶压机。1965年4月原*机械工业部下达国家科委“关于人造金刚石中间试验任务书”，1965年8月六面顶压机制造并在磨料磨具磨削研究所安装完成，1966年7月3日正式投入合成工艺试验，并投入批量生产，当年生产人造金刚石一万克拉，同时由磨料磨具磨削研究所参与选址、设计、筹建我国*个人造金刚石及其制品的专业化生产厂—第六砂轮厂，为该厂提供了整套工艺。并在*砂轮厂、第二砂轮厂、上海砂轮厂、苏州砂轮厂等10多家厂推广试生产。第六砂轮厂于1969年建成投产。至此，我国逐步形成了以6×6MN六面顶设备为特色的发展人造金刚石工业的体系。 

30多年来，我国人造金刚石的产量如表1所示，发展趋势如图1所示。 

人造金刚石除少部分直接用于研磨、抛光、涂层等工序外，大多数则制成各种工具制品用于不同的工业领域，如表2所示[1]，各种不同领域的应用比例如图2所示。 


表1、中国历年人造金刚石的产量 

单位：百万克拉 

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

产量 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 

产量 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 

产量 65.0 110 200 240 260 320 440 500 750 1000** 

*：1967-1969、1971、1972五年数据未能找到；**：为估算值 

人造金刚石的应用领域十分广泛，几乎涉及国计民生的各个领域，小到家庭装修，大到微电子及航空航天等高技术领域均有其用武之地。有的甚至是非其莫属，如用量*大的石材工业离开人造金刚石及其工具就极难发展。可以说人造金刚石的推广应用开创并推动了石材工业的蓬勃发展，在光学玻璃冷加工、地质钻探、陶瓷、汽车零件等机械加工、金属拉丝等方面引起了革命性的工艺改革。使加工效率、加工精度几十倍甚至上百倍地提高，使一些过去难加工甚至无法加工的材料能顺利、高精度地加工。人造金刚石及制品基本能满足国内各个工业部门的需求，为整个国民经济发展做出了不可磨灭的巨大贡献。 

二、人造金刚石行业现状 

据称世界工业用金刚石产量约15亿克拉[3]（含部分天然金刚石、立方氮化硼）。我国单人造金刚石产量已达10亿克拉，已占世界总产量的60%以上，堪称生产人造金刚石的*大国。仅石材加工耗用金刚石约为3亿克拉[2]，可以说金刚石制品产量我国也堪称大国。但无论是金刚石还是制品，其质量均属中低档产品，与发达国家质量水平差别较大。按我国标准的DMD级的*产品国内基本无产品供应。近年来人造金刚石的产品构成比如表3所示（不含引进两面顶技术生产厂家）。需要指出的是北京人工晶体研究院用两面顶压机生产的金刚石明显优于国内普通采用的六面顶压机生产的金刚石，当属中*产品，其产量只有国内总产量的0.7%（按1999年27家统计数据计算，若按总产量10亿克拉计，则只占0.4%）。此外，保定八达稳德金刚石有限公司利用引进两面顶压机和进口原材料所生产的金刚石属中*产品，但今年才正式投产，产量所占总量比例也很小。 


表3、1995—1999年人造金刚石按产量计产品构成比 

年度 RVD（%） MBD(%) SMD(%) 统计企业数9个） 

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 

从表3不难看出，我国人造金刚石产品的品位在逐年提高，2000年依然有较大幅度的提高。这说明行业整体技术水平有了明显提高。这得益于近年来行业志士对6×12MN以上的所谓大压机的研制开发及Φ30腔体以上所谓大腔体合成工艺的研制开发，目前已发展到6×31MN、Φ55以上腔体的研制开发。这种迅猛的发展有喜有忧，喜的是大压机大腔体能够促进金刚石质量的提高，忧的是这种超常规发展（近3年来新装6×12MN以上压机总数已超过800台，加上原有6×8MN及以下压机4000台，总数接近5000台）使中低档产品严重过剩，引起市场混乱。从技术角度看，国内以六面顶压机、片状触媒与石墨及工艺技术生产金刚石为主，其产量占总量的98%左右，以国产两面顶压机、片状触媒与石墨和以引进两面顶压机、粉状触媒与石墨生产中*金刚石为辅，其产量占总量的1—2%。利用粉状触媒与石墨在六面顶压机上生产中*金刚石的研究已取得阶段性成果并在逐步推广应用。从行业企业构成角度看，民营、集体、中外合资、国有企业均有，属多种经济成分构成，民营、集体企业占绝大多数，国有企业较少，中外合资企业更少，具体比例未做统计。目前统计到的企业总数为248家，遍布全国各地。必须申明，诸多个体小企业难以统计到。按省市分布情况如表4所示。从行业企业改制重组情况看，小企业因受资金、技术等技术等条件的限制和大中型企业迅速膨胀的影响，逐步被大企业兼并，也有多家中小型企业联合重组，也有小企业倒闭后设备被大中型企业收购等情况。总的趋势是逐步向河南、安徽、湖南、河北等省区集中。这种趋势是行业所希望的，只有大型化、集团化才能提高抗风险能力，才有利于市场竞争，才有利于节约资源，才有利于产品质量提高和技术进步。但人造金刚石制品企业没有出现重组情况，也属正常。金刚石制品企业就应该是专业、分散，这是行业所希望的。因为制品种类繁多，涉及学科、工业领域不同，不少品种用量有限，小规模、专业化反而有利于形成产品特色，有利于产品质量提高。 


表4、金刚石及制品生产企业分布情况（只计5家企业以上的省市企业） 

省市 北京 上海 天津 河北 辽宁 江苏 安徽 山东 

单晶 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 广东 广西 陕西 

单晶 16 4 12 4 18 5 4 2 

制品 11 29 9 14 37 16 4 4 

注：本表既生产单晶又生产制品的企业重复计数 


三、 发展展望 

1、存在的主要问题 

三十七年来，中国金刚石工业蓬勃发展，形成了独具特色的完整的工业体系，为中国的经济建设做出了巨大的贡献。但也存在不少问题，归纳起来主要问题如下： 

⑴、产品质量低、品牌意识差、*产品以进口为主。 

表5给出了国内外金刚石性能的比较。表内所采国内外样品，均属中档产品。由表内可以看出，反映金刚石使用指标的主要参数TTi（1100℃时），国内六面顶压机生产的产品与两面顶压机生产产品相差甚远，而国内两面顶压机生产的产品与国外相应产品也有10%以上差距。有资料表明国内外金刚石样品均取*产品，TTi指标差距大体和此表一样，甚至差距更大。国内*金刚石只有北京人工晶体研究院、保定八达稳德金刚石公司少量两面顶压机产品一部分供应市场外，大量的靠进口解决。因统计渠道不畅、进口金刚石私自夹带等原因，真正的进口量不得而知，估计每年约有7000万克拉之多。可以说，*金刚石市场基本被进口货所垄断。 

表5、国内外金刚石样品性能对比[5] 

金刚石 粒度 静压强度 Ti TTi 

国内六面顶样品 40/50 12kg 23% 5% 

国内两面顶样品 40/50 12kg 65% 50% 

De Beers样品 40/50 SAD55+ 68% 56% 

G.E样品 40/50 MBS-940 68% 58% 

备注：（1）试验参数：冲击频率：2400次/分；冲击时间：50秒；TTi：在1100℃，加热30分钟，有保护气体（N2）。 


从品种牌号方面看，按照金刚石所适用的用途来分，De beers共有44个牌号，GE公司共有25个牌号；我国则只有11个牌号[6]且**的DMD级没有商业化的产品。牌号少而不细，影响了制品的研制开发和质量水平。此外，国内人造金刚石市场绝大多数仍以单颗粒抗压强度即多少公斤来论价，根本不关心品牌，只少数几家生产厂和一些外贸公司建立了自己的品牌。为了提高金刚石行业的品牌意识，2000年中国机床工具工业协会超硬材料分会组织了*品牌推荐活动，历经技术监督局抽样，国家磨料磨具质量监督检验中心检测、评