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我國人造金剛石誕生與磨料級(jí)金剛石推廣生產(chǎn)
我們從1961 年開始,設(shè)計(jì)制造了61型超髙壓高 溫裝置,在兄弟單位的相互合作和大力協(xié)同下,終于在1963年12月6日合成出我國第一顆人造金剛石。我們用三年時(shí)間,花費(fèi)30萬投資,完成了這一髙難度科研項(xiàng)目,使我國成為世界上第六個(gè)掌握人造金剛石技術(shù)的國家。人造金剛石研制成功,為我國填補(bǔ)了空白,開拓了新材料研究的一個(gè)新領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上,經(jīng)過一年多艱苦努力、穩(wěn)定工藝,掌握了合成金剛石全套工藝技術(shù), 1965年10月試產(chǎn)了我國第一批人造金剛石,通過了部級(jí)鑒定。接著完成了磨料級(jí)人造金剛石技術(shù)推廣,生產(chǎn)廠點(diǎn)遍布全國十幾個(gè)省市,從而使磨料級(jí)金剛石初步立足國內(nèi),形成了初具規(guī)模的人造金剛石工業(yè)芻形。
一、任務(wù)的由來及“121”課題組成立
人造金剛石是五十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù),它涉及面廣,不僅有機(jī)械設(shè)備,而且涉及材料、物理、化學(xué)等一整套工藝技術(shù),難度很大。當(dāng)時(shí)世界上只有美國、瑞典、英國等少數(shù)幾個(gè)國家掌握,對(duì)我國實(shí)行技術(shù)封鎖。我國天然金剛石資源貧乏,20世紀(jì)60年代主要從蘇聯(lián)和非洲剛果(利)進(jìn)口,1960年由于中蘇關(guān)系破裂和非洲剛果事件,我國天然金剛石來源斷絕,而國內(nèi)很多精密制造和國防工業(yè)又很需要工業(yè)金剛石,特別是精密機(jī)械、石油開采、冶金、地質(zhì)勘探和電子工業(yè)。當(dāng)時(shí)地質(zhì)部何長工部長給一機(jī)部黨組寫信,提出地質(zhì)部門要研究人造金剛石急需髙溫髙壓設(shè)備,請(qǐng)一機(jī)部給予協(xié)助,信轉(zhuǎn)到通用所黨總支。 在1960年全國科研單位開展的‘雙革’(技術(shù)革新、技術(shù)革命)運(yùn)動(dòng)中,我所一室提出搞人造金剛石,并派人到部里找了技術(shù)司工藝處章簡(jiǎn)家工程師反映意見,他說:“此任務(wù)曾安排科學(xué)院某單位,他們不干了,你們干正好,給你們所下文”,一機(jī)部于1960年10月給我所下達(dá)了人造金剛石的研制任務(wù),在1960年底正式組織此項(xiàng)課題研究。當(dāng)時(shí)我從蘇聯(lián)學(xué)成歸國不久,所領(lǐng)導(dǎo)正式將此課題交給我,由于是尖端科技課題保密性極強(qiáng),通用所給課題取名“121”(含義是第一研究室髙壓二組No.1課題,我本人在此組內(nèi))。61年初開始制訂課題設(shè)計(jì)任務(wù)書,并召開了有通用所、磨料所、機(jī)械院、地科院以及部技術(shù)司章簡(jiǎn)家參加的方案討論會(huì),會(huì)議由通用所蘇又泉付所長主持,在會(huì)上由通用所胡恩良提出了初步方案,并進(jìn)行了分工:
通用所:全面負(fù)責(zé),建立實(shí)驗(yàn)室,設(shè)備設(shè)計(jì)與制造,測(cè)壓,工藝準(zhǔn)備;
機(jī)械院:硬質(zhì)合金精加工(未干),強(qiáng)度計(jì)算;
磨料所:合成原材料與工藝準(zhǔn)備(石墨、氮化硼的提純),理化分析鑒定;
地科院:測(cè)溫,葉蠟石準(zhǔn)備(后來又安排石墨成型);
由于機(jī)械院干了一個(gè)月以后未參加,所以就由通用所、磨料所、地科院三家協(xié)作開展工作。但在工作進(jìn)行過程中又有調(diào)整,開始階段通用所與地科院經(jīng)常碰頭。當(dāng)時(shí)參加人員如下:
通用所:練元堅(jiān)、胡恩良、許錦楓、張永華、金秋野、柳開忠和杜福昌;
地科院:姚裕成、熊文松、周紀(jì)堂、孫榮傳;
磨料所:于鴻昌、王光祖、盧飛雄、余征民和李進(jìn)保。
二、人造金剛石試制成功
1961年春,在缺乏技術(shù)資料、無試驗(yàn)器材和設(shè)備、人力單薄的情況下,人造金剛石的研制工作開始了,一張白紙,能畫最美的圖畫。我們先調(diào)查國內(nèi)外情況,收集了國外有關(guān)文獻(xiàn)100多篇,對(duì)超髙壓技術(shù)和人造金剛石開始有了一點(diǎn)認(rèn)識(shí),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了方案論證。通過分析,我們認(rèn)為可以借鑒前人已取得的成功經(jīng)驗(yàn)結(jié)合我所在髙壓方面有一定基礎(chǔ),決定直接上十萬大氣壓系統(tǒng)。國外一百多年前就有人企圖用人工方法制取金剛石,但一直未能成功,其主要原因就在于要建立一個(gè)能承受5-6萬大氣壓和一千多度髙溫的容器十分艱難,直到1954年美國T.Hall等人解決了這一難題才首次合成了金剛石。因此,設(shè)計(jì)、制造超髙壓髙溫裝置就成為我們攻克這一課題的首要關(guān)鍵。我們結(jié)合自已的情況,以簡(jiǎn)單、快上、可靠為原則,確定采用兩面頂結(jié)構(gòu)裝置,在設(shè)計(jì)中解決了強(qiáng)度計(jì)算和材料選擇二大難題,于1961年二季度全套圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成,并正式命名為‘61型超髙壓髙溫模具’。
試制任務(wù)下到了試驗(yàn)工廠,所黨總支非常重視,排為第一號(hào)任務(wù),全線開綠燈,為完成模具制造前后共投入了全廠1/3的加工力量,同時(shí)又派了練元堅(jiān)同志(時(shí)任室主任)加強(qiáng)課題組的領(lǐng)導(dǎo)。設(shè)計(jì)人員下工廠向工人師傅學(xué)到了不少實(shí)踐知識(shí),增長了才干,攻克了不少技術(shù)難關(guān),例如直徑70毫米的硬質(zhì)合金件的精加工,當(dāng)時(shí)在國內(nèi)很少碰到,沒有現(xiàn)成的機(jī)床,技術(shù)人員和工人一起邊干邊學(xué),大膽動(dòng)手改裝機(jī)床,較快地掌握了電火花加工技術(shù),解決了硬質(zhì)合金件的加工問題。又如對(duì)45CrNiMoVA鋼環(huán)的鍛造、熱處理當(dāng)時(shí)還沒有成熟的加工工藝,也是通過在實(shí)踐中不斷摸索經(jīng)驗(yàn),逐步掌握了它的鍛造比、鍛造溫度以及較好的熱處理規(guī)范才解決的。最后又遇到了裝配難關(guān),由于硬質(zhì)合金件和鋼環(huán),鋼環(huán)與鋼環(huán)之間采用過盈配合,其最大過盈量達(dá)8%這對(duì)一般冷壓裝配來說是很少見的,如果壓裝程序不正確或鍛造、熱處理不好等原因,常常會(huì)造成鋼環(huán)破裂,我們對(duì)比了多種壓裝方法,反復(fù)試驗(yàn),在潤滑劑的選用上也花了不少功夫,如豬油、機(jī)油、石墨粉等作潤滑材料都試過,后來采用了新型潤滑材料二硫化鉬有機(jī)溶劑(丙酮或乙醇)噴涂,裝配問題才得到解決。
第一套‘61型超髙壓髙溫裝置’于62年底誕生了,磨料所于鴻昌、王光祖等同志也于1962年上半年來北京通用所,他們?cè)谑占舜罅繃赓Y料的基礎(chǔ)上,對(duì)合成工藝進(jìn)行了深入、詳細(xì)的分析,提出了合成金剛石熱力學(xué)條件的選擇依據(jù)和相關(guān)工藝思路。1962年練元堅(jiān)同志考慮61型裝置太復(fù)雜,加工難度大,他又設(shè)計(jì)了62型裝置并投入制造,將61型暫停,但62型最后組裝試驗(yàn),鋼環(huán)斷裂,二套均報(bào)廢。這時(shí)己到1963年上半年,任務(wù)非常緊廹,只好暫停62型制造,并對(duì)失敗原因進(jìn)行分析,原先停掉的61型模具又恢復(fù)了。
此時(shí)我國人工晶體學(xué)術(shù)會(huì)議正在北京召開,我參加了此次會(huì)議,想借會(huì)議的東風(fēng)來推動(dòng)人工合成金剛石項(xiàng)目,極力推薦能將人造金剛石列為第二個(gè)五年計(jì)劃科研重點(diǎn)項(xiàng)目,當(dāng)時(shí)會(huì)議主持人是科學(xué)院硅酸鹽所付所長葛庭隧,他認(rèn)為此項(xiàng)目在國際上都不成熟,不同意列為第二個(gè)五年科研規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,后來在物理所晶體室主任吳乾章的幫助下,最終被列上第二個(gè)五年科委50項(xiàng)重點(diǎn)課題,當(dāng)時(shí)我在會(huì)上就宣布: 1963年一定合成出人造金剛石!會(huì)后國家科委撥款30萬元給通用所作為人造金剛石重點(diǎn)研究項(xiàng)目的專款。
這時(shí)61型超高壓髙溫模具已制造出來,能不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求呢?首先要解決超髙壓測(cè)試技術(shù),這項(xiàng)目由通用所許錦楓負(fù)責(zé)。我們參考了國外資料介紹的常用測(cè)壓方法,利用Bi、Tl、Cs、Ba四個(gè)元素在某一特定壓力下發(fā)生相變而引起的電阻變化來間接測(cè)量壓力。由于這些試樣的原始電阻值很小(在百分之幾到千分之幾歐姆之內(nèi)) 而電阻值的變化則更小,因此盡可能減少接觸電阻的影響,就成了測(cè)量成敗的關(guān)鍵。経過反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn),從失敗中找原因,最后采用汞齊來增大試樣兩端的接觸表面,使其在受壓力的過程中,接觸面十分穩(wěn)定,從而保證了測(cè)量的可靠性和精確度,鉍、鉈、銫均已順利測(cè)得數(shù)據(jù),初步測(cè)得了精度達(dá)+4%的壓機(jī)負(fù)荷壓力曲綫,此時(shí)鋇點(diǎn)還未測(cè)出。髙溫的測(cè)量是由地科院姚裕成、熊文松等同志負(fù)責(zé),他們采用間接加熱方法,在葉蠟石管外壁車成螺旋狀小槽,繞以鉑絲通電加熱,他們先在模擬設(shè)備上做了大量的試驗(yàn)準(zhǔn)備工作,特別是在選擇和摸索葉蠟石的性能和加工方法方面花費(fèi)了不少心血,他們?cè)?1型裝置上成功測(cè)得了間接加熱功率-溫度曲綫。由于考慮到61型裝置試驗(yàn)腔體體積較小,采用間接加熱有困難,并且操作裝配也較繁瑣,因此,我們又考慮了直接加熱方案,但到底是在低壓下測(cè)溫,把測(cè)得數(shù)據(jù)類推到髙壓下使用,還是在合成金剛石的壓力下測(cè)量呢?我們發(fā)現(xiàn)常壓下測(cè)得數(shù)據(jù)與髙壓下測(cè)得數(shù)據(jù)誤差很大,根本行不通,一定要在合成壓力下實(shí)測(cè)功率-溫度的關(guān)系。擔(dān)負(fù)測(cè)溫工作的張永華、柳開忠同志精心裝配試樣,細(xì)心操作壓機(jī),經(jīng)過數(shù)十次試驗(yàn),反復(fù)改進(jìn)組裝方法,并用云母片作襯墊才解決難題測(cè)得功率-溫度曲綫。與此同時(shí)地科院、磨料所同志也在直接加熱試樣測(cè)得了功率-溫度曲綫。
“謀事在人,成事在天”。到了1963年下半年,61型裝置已經(jīng)成功,功率-溫度曲綫也已測(cè)出,這時(shí)急迫要進(jìn)行工藝方案的定奪。從有關(guān)報(bào)道上我們得知蘇聯(lián)科學(xué)院于1961年成功合成人造金剛石,并授予研究人員紅旗勛章,1962年日本小松制作所也成功合成人造金剛石,這給我們合成方案提供了一些新的思路。我們?nèi)液献鲉挝婚_會(huì)討論方案,我提出采用片狀交迭組裝塊,對(duì)于觸媒磨料所提議用純鎳,通用所金秋野提議用合金,最后決定采用鎳或合金、片狀交迭組裝塊。當(dāng)時(shí)合金就用NiCr電爐絲,用鍛錘打扁再?zèng)_成片,與石墨片組裝成塊,磨料所用純鎳片與石墨片組裝,地科院姚裕成也準(zhǔn)備了幾套組裝件。從63年四季度正式開始合成試驗(yàn),經(jīng)過50多次工藝試驗(yàn),還未發(fā)現(xiàn)有金剛石,但經(jīng)理化鑒定已有Ni3C等金剛石伴生物生成,說明合成溫度、壓力已接近金剛石的穩(wěn)定區(qū)。分析溫度、壓力這二個(gè)因素,溫度在試棒上的分布是很不均勻的,即存在著一個(gè)較大的溫度范圍,關(guān)鍵是要提髙壓力就能滿足合成金剛石的生長條件。這時(shí)壓力曲綫始終得不到鋇的測(cè)試結(jié)果,通用所付所長蘇又泉提出可能因沖程不夠,于是加大沖程, 1963年12月5日成功測(cè)得鋇的壓力曲綫,這樣鉍鉈銫鋇壓力曲線均已得到,萬事俱備、只欠東風(fēng)。
我決定12月6日正式進(jìn)行合成試驗(yàn),一共進(jìn)行4次,當(dāng)日就由磨料所于鴻昌帶合成樣品回鄭州去分析,10日晚我接到于鴻昌發(fā)來的電報(bào),已經(jīng)晚上9點(diǎn),我和唐梓敬一同到天橋郵局,找到譯員,當(dāng)看到譯出的電文“發(fā)現(xiàn)有D綫譜”時(shí),我們髙興極了,三年來的辛苦終于看到了曙光!第二天一早把這個(gè)好消息告訴所領(lǐng)導(dǎo),又做了幾次試驗(yàn),我親自送到鄭州磨料所去分析。幾天后地科院姚裕成來找,他們也準(zhǔn)備幾個(gè)試樣,一定要試試,我們答應(yīng)把62型模具再組裝起來讓他們?cè)?結(jié)果也成功壓出了金剛石,是地科院自已分析的。我們前后共試驗(yàn)八次,其中四次有金剛石,最大一顆0.7mm, 12月30日我們將正式報(bào)告送到了一機(jī)部和國家科委。1964年中國科學(xué)院在香山開年會(huì),張勁夫院長在會(huì)上講話“人造金剛石一機(jī)部已搞出來,我們科學(xué)院落伍了”!其實(shí)按當(dāng)時(shí)研究力量物理所何壽安、沈主同完全可以在我們之前搞出來的,后來他們把保存的63年樣品拿去分析,結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了有金剛石。1964年初我們課題組獲得了國家科委一等科研成果獎(jiǎng)。
三、乘勝追擊,攻克合成工藝、頂錘壽命關(guān)
人造金剛石研制成功是科學(xué)試驗(yàn)邁開的可喜的一步,使我們打破了對(duì)人造金剛石合成技術(shù)的種種迷信。當(dāng)時(shí)擺在我們面前有兩種意見:一種意見認(rèn)為我們所的任務(wù)已經(jīng)完成,三個(gè)單位合作亦己結(jié)束,下一步應(yīng)交給別單位干,搞接力賽;另一種意見則認(rèn)為應(yīng)繼續(xù)在61型裝置的基礎(chǔ)上穩(wěn)定工藝、提髙產(chǎn)量,推廣到生產(chǎn)中去,我們堅(jiān)持了后一種意見,并得到了研究所領(lǐng)導(dǎo)的支持。我們決定在61型裝置上摸索出一整套合成工藝方法并盡快推廣生產(chǎn),趕在六面頂中間試驗(yàn)投產(chǎn)前,為國家提供一批金剛石磨料。我們分析了在61型裝置上要推廣生產(chǎn),必須要解決‘三低’(成功率低、轉(zhuǎn)化率低、頂錘壽命低),實(shí)質(zhì)上就是要解決合成工藝和頂錘壽命兩大關(guān)鍵。首先要改進(jìn)合成工藝,提髙合成成功率和轉(zhuǎn)化率,當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)化率僅達(dá)1%,每次得量?jī)H0.01克拉,因此必須在合成工藝上下功夫。實(shí)踐證明在一定壓力和溫度條件下,觸媒材料對(duì)合成金剛石影響是很大的,能不能找到一種比NiCr合金更好的觸媒材料呢?我們以笫八族金屬為基體,選擇了十多種合金,進(jìn)行了近200次試驗(yàn),結(jié)果表明Ni Cr Fe合金較好,成功率、轉(zhuǎn)化率有了一定的提髙,但還達(dá)不到預(yù)期的指標(biāo),(部下達(dá)指標(biāo):轉(zhuǎn)化率20% -25%),困難還是很大的。通過總結(jié)工作、仔細(xì)觀察和分析,為什么同樣材質(zhì)的觸媒有的能長金剛石,有的卻不能長金剛石,在不能長金剛石的情況下,往往合金與石墨不發(fā)生作用,形成所謂光板。通過分析,我們認(rèn)識(shí)到除了溫度、壓力的影響外,還有一個(gè)觸媒表面的活性的問題。當(dāng)我們用酸處理除去合金表面氧化皮后,表面有一層白色薄膜,用刀子刮掉這層薄膜,試驗(yàn)效果就好,證明這層薄膜是有害物質(zhì)。我們就用蒸餾水沖洗酸處理的合金表面,把殘留合金表面的酸根離子洗掉,通過這樣的操作方法,就能使合成成功率達(dá)到100%(這就成為后來推廣生產(chǎn)時(shí),采用軋制合金和酸處理、球磨表面等一套工藝條件的依據(jù))。在提髙合成成功率的基礎(chǔ)上,選擇合理的組裝形式,減小縱向溫度梯度,選擇有利金剛石生長的石墨材料,增加合金與石墨片的接觸表面等措施使轉(zhuǎn)化率達(dá)到24%。雖然合成成功率和轉(zhuǎn)化率有了大幅度的提髙,但單次產(chǎn)量仍然達(dá)不到投產(chǎn)要求,通過試驗(yàn)分析了溫度在試驗(yàn)腔內(nèi)的分布情況,采取了逐步擴(kuò)大試驗(yàn)腔體的辦法,試驗(yàn)證明將試棒擴(kuò)大到5mm,對(duì)壓缸的壽命影響不大,而合成產(chǎn)量卻提髙了幾倍,單次產(chǎn)量達(dá)到0.65克拉,最髙可達(dá)1克拉上,這就為200噸級(jí)二面頂裝置推廣生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
合成試驗(yàn)經(jīng)過一系列努力,基本上穩(wěn)定了工藝,但又出現(xiàn)頂錘壽命太短的問題,有時(shí)一天就壞了三個(gè)錘,每亇頂錘成本要300元,加工還十分吃力(當(dāng)時(shí)還沒有金剛石砂輪),這無論從加工能力和和經(jīng)濟(jì)核算上考慮都是不行的。那么影響頂錘使用壽命的關(guān)鍵是什么呢?分析頂錘破裂的現(xiàn)象都是半邊劈開或局部碎裂,使我們初步認(rèn)識(shí)到在現(xiàn)有的材質(zhì)和燒結(jié)工藝下,造成頂錘破裂的主要原因是上下頂錘對(duì)中情況不好,局部錐面受力過大,因此我們就從操作上下功夫,提髙導(dǎo)向精度和降低壓機(jī)噸位,使錐面受力均勻并減小錐面受力,壓機(jī)噸位從170T降低到160T。通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證,頂錘壽命由原來29次提髙到150最髙過315次。單次合成產(chǎn)量的提髙和頂錘壽命的解決,就使人造金剛石成本大大降低,各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)基本上達(dá)到了推廣投產(chǎn)的要求。
四.通過部級(jí)鑒定,磨料級(jí)人造金剛石推廣生產(chǎn)
在部科技司劉司長的主持下, 1965年10月27日在通用所大樓召開磨料級(jí)人金剛石審查和鑒定會(huì),胡恩良同志代表課題組作了“人造金剛石試驗(yàn)硏究”成果報(bào)告,最后鑒定委員會(huì)一致同意該試驗(yàn)報(bào)告。技術(shù)鑒定書指出:
“人造金剛石磨料級(jí)的試驗(yàn)硏究工作,在國家科委的關(guān)懷和支持下,以通用所為主,在磨料所、四機(jī)部746廠、地質(zhì)部地科院、冶金部601廠、材料所、電器科學(xué)硏究院等單位的大力協(xié)作和共同努力下,從1961年4月經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和不斷改進(jìn)提髙,至1965年10月兩面頂合成工藝已基本穩(wěn)定,達(dá)到部(65)機(jī)科字第736號(hào)文規(guī)定的要求。鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為:
1.合成工藝基本穩(wěn)定,已達(dá)到和超過部下達(dá)的技術(shù)指標(biāo):
(1) 合成轉(zhuǎn)化率平均為24%(規(guī)定指標(biāo)20至25%)每次合成試驗(yàn)平均獲得人造金剛石0.65克拉;
(2) 人造金剛石粒度在200微米以下,符合一般磨料要求;
(3) 今年1至10月已獲得480克拉金剛石;
(4) 硬質(zhì)合金模具壽命上下頂錘平均在150次以上,壓力缸平均在250次以上,(規(guī)定100次)
2、每克拉人造金剛石磨料的成本在10元以下,低于進(jìn)口價(jià)格。
3、以上情況說明,人造金剛石磨料兩面頂合成工藝,已經(jīng)具備投入工業(yè)生產(chǎn)條件,建議有關(guān)部門安排生產(chǎn)”。國家科委于當(dāng)年正式出版 (只有國家科委的重點(diǎn)課題,經(jīng)過部級(jí)鑒定定案,科委才予以出版)。鑒定會(huì)以后很多單位來我所學(xué)習(xí),我們組織了”烏蘭牧騎”式的推廣小分隊(duì),深入工廠。用了不到一個(gè)月的時(shí)間,于1965年12月26目幫助長春汽車廠工具分廠試制成功人造金剛石,并投入小批量的生產(chǎn),為該廠工具硬質(zhì)合金化所需金剛石砂輪解決了關(guān)鍵難題。繼而在全國十幾個(gè)省市進(jìn)行推廣技術(shù)、遍地開花,其中牡丹江121廠、哈爾濱砂輪廠、上海砂輪廠、蘇州砂輪廠、上海手表廠、上海鈡表元件廠、北京砂輪廠、沈陽黎明機(jī)器廠、天津砂輪廠、西安慶安公司、鄭州二砂、青島硬質(zhì)合金硏究所等單位分別于1966 -1967年正式投產(chǎn)。
五、我國人造金剛石工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的初步設(shè)計(jì)
1962年我就開始考慮人造金剛石工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,收集資料撰寫了一文,提出絞鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)是適合于人造金剛石的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,并于1963年開始設(shè)計(jì)6x300噸和6x600噸的二套壓機(jī)圖紙,1964年6月根據(jù)上級(jí)指示我將這套圖紙轉(zhuǎn)交給濟(jì)南鋳鍜所,我在該所整整住了一周,作了技術(shù)交底,他們接待我的是范總工程師、閔工室主任和課題負(fù)責(zé)人陸乃琨,他們?cè)诖嘶A(chǔ)上又做了大量修改,并経不斷改進(jìn)完成了最終設(shè)計(jì),但我國六面頂壓機(jī)最初的原設(shè)計(jì)人仍應(yīng)是我。経過近50年來的不斷改進(jìn)和發(fā)展,六面頂壓機(jī)已經(jīng)成為我國人造金剛石工業(yè)最主要的生產(chǎn)設(shè)備,為我國人造金剛石工業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。
我60年代前期(1961-1965年)共寫出設(shè)計(jì)試驗(yàn)報(bào)告35篇,積累了當(dāng)時(shí)有關(guān)人造金剛石試制的全部技術(shù)資料,這項(xiàng)科硏成果于1978年榮獲全國科大會(huì)重大成果奨。其后我仍繼續(xù)進(jìn)行人造金剛石的硏究,1984年我出席了在希臘羅德島舉行的世界第二屆硬材料科學(xué)會(huì)議,在會(huì)上我發(fā)表了的論文,得到與會(huì)者好評(píng),并收入大會(huì)論文集。在這篇論文里我提出“電位梯度”的觀點(diǎn),通過多年的實(shí)踐,證明是正確的。提髙電位梯度不僅能提髙金剛石的品位,而且能大大改善頂錘的壽命,大幅度降低生產(chǎn)成本。(詳見:The Problem of electronic transition in the conversion of graphite into diamond , Science of hard Materials 75Vol.1985)
我國第一顆人造金剛石研制成功至今已五十年了, 50年來我國人造金剛石產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展、成就輝煌,我國人造金剛石產(chǎn)量2012年己突破100億克拉,成為當(dāng)今世界產(chǎn)量最多的生產(chǎn)大國。作為超硬材料行業(yè)的一員老兵我對(duì)此感到無比欣慰,但仍應(yīng)清醒地看到我國產(chǎn)品的品種、質(zhì)量及應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家相比仍有不小的差距,任重而道遠(yuǎn),衷心祝愿中國的人造金剛石工業(yè)不斷做好做強(qiáng)、造福全人類!
更新時(shí)間：2016-03-01 17:31:00 點(diǎn)擊次數(shù)5840次
我們從1961 年開始,設(shè)計(jì)制造了61型超髙壓高 溫裝置,在兄弟單位的相互合作和大力協(xié)同下,終于在1963年12月6日合成出我國第一顆人造金剛石。我們用三年時(shí)間,花費(fèi)30萬投資,完成了這一髙難度科研項(xiàng)目,使我國成為世界上第六個(gè)掌握人造金剛石技術(shù)的國家。人造金剛石研制成功,為我國填補(bǔ)了空白,開拓了新材料研究的一個(gè)新領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上,經(jīng)過一年多艱苦努力、穩(wěn)定工藝,掌握了合成金剛石全套工藝技術(shù), 1965年10月試產(chǎn)了我國第一批人造金剛石,通過了部級(jí)鑒定。接著完成了磨料級(jí)人造金剛石技術(shù)推廣,生產(chǎn)廠點(diǎn)遍布全國十幾個(gè)省市,從而使磨料級(jí)金剛石初步立足國內(nèi),形成了初具規(guī)模的人造金剛石工業(yè)芻形。
一、任務(wù)的由來及“121”課題組成立
人造金剛石是五十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù),它涉及面廣,不僅有機(jī)械設(shè)備,而且涉及材料、物理、化學(xué)等一整套工藝技術(shù),難度很大。當(dāng)時(shí)世界上只有美國、瑞典、英國等少數(shù)幾個(gè)國家掌握,對(duì)我國實(shí)行技術(shù)封鎖。我國天然金剛石資源貧乏,20世紀(jì)60年代主要從蘇聯(lián)和非洲剛果(利)進(jìn)口,1960年由于中蘇關(guān)系破裂和非洲剛果事件,我國天然金剛石來源斷絕,而國內(nèi)很多精密制造和國防工業(yè)又很需要工業(yè)金剛石,特別是精密機(jī)械、石油開采、冶金、地質(zhì)勘探和電子工業(yè)。當(dāng)時(shí)地質(zhì)部何長工部長給一機(jī)部黨組寫信,提出地質(zhì)部門要研究人造金剛石急需髙溫髙壓設(shè)備,請(qǐng)一機(jī)部給予協(xié)助,信轉(zhuǎn)到通用所黨總支。 在1960年全國科研單位開展的‘雙革’(技術(shù)革新、技術(shù)革命)運(yùn)動(dòng)中,我所一室提出搞人造金剛石,并派人到部里找了技術(shù)司工藝處章簡(jiǎn)家工程師反映意見,他說:“此任務(wù)曾安排科學(xué)院某單位,他們不干了,你們干正好,給你們所下文”,一機(jī)部于1960年10月給我所下達(dá)了人造金剛石的研制任務(wù),在1960年底正式組織此項(xiàng)課題研究。當(dāng)時(shí)我從蘇聯(lián)學(xué)成歸國不久,所領(lǐng)導(dǎo)正式將此課題交給我,由于是尖端科技課題保密性極強(qiáng),通用所給課題取名“121”(含義是第一研究室髙壓二組No.1課題,我本人在此組內(nèi))。61年初開始制訂課題設(shè)計(jì)任務(wù)書,并召開了有通用所、磨料所、機(jī)械院、地科院以及部技術(shù)司章簡(jiǎn)家參加的方案討論會(huì),會(huì)議由通用所蘇又泉付所長主持,在會(huì)上由通用所胡恩良提出了初步方案,并進(jìn)行了分工:
通用所:全面負(fù)責(zé),建立實(shí)驗(yàn)室,設(shè)備設(shè)計(jì)與制造,測(cè)壓,工藝準(zhǔn)備;
機(jī)械院:硬質(zhì)合金精加工(未干),強(qiáng)度計(jì)算;
磨料所:合成原材料與工藝準(zhǔn)備(石墨、氮化硼的提純),理化分析鑒定;
地科院:測(cè)溫,葉蠟石準(zhǔn)備(后來又安排石墨成型);
由于機(jī)械院干了一個(gè)月以后未參加,所以就由通用所、磨料所、地科院三家協(xié)作開展工作。但在工作進(jìn)行過程中又有調(diào)整,開始階段通用所與地科院經(jīng)常碰頭。當(dāng)時(shí)參加人員如下:
通用所:練元堅(jiān)、胡恩良、許錦楓、張永華、金秋野、柳開忠和杜福昌;
地科院:姚裕成、熊文松、周紀(jì)堂、孫榮傳;
磨料所:于鴻昌、王光祖、盧飛雄、余征民和李進(jìn)保。
二、人造金剛石試制成功
1961年春,在缺乏技術(shù)資料、無試驗(yàn)器材和設(shè)備、人力單薄的情況下,人造金剛石的研制工作開始了,一張白紙,能畫最美的圖畫。我們先調(diào)查國內(nèi)外情況,收集了國外有關(guān)文獻(xiàn)100多篇,對(duì)超髙壓技術(shù)和人造金剛石開始有了一點(diǎn)認(rèn)識(shí),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了方案論證。通過分析,我們認(rèn)為可以借鑒前人已取得的成功經(jīng)驗(yàn)結(jié)合我所在髙壓方面有一定基礎(chǔ),決定直接上十萬大氣壓系統(tǒng)。國外一百多年前就有人企圖用人工方法制取金剛石,但一直未能成功,其主要原因就在于要建立一個(gè)能承受5-6萬大氣壓和一千多度髙溫的容器十分艱難,直到1954年美國T.Hall等人解決了這一難題才首次合成了金剛石。因此,設(shè)計(jì)、制造超髙壓髙溫裝置就成為我們攻克這一課題的首要關(guān)鍵。我們結(jié)合自已的情況,以簡(jiǎn)單、快上、可靠為原則,確定采用兩面頂結(jié)構(gòu)裝置,在設(shè)計(jì)中解決了強(qiáng)度計(jì)算和材料選擇二大難題,于1961年二季度全套圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成,并正式命名為‘61型超髙壓髙溫模具’。
試制任務(wù)下到了試驗(yàn)工廠,所黨總支非常重視,排為第一號(hào)任務(wù),全線開綠燈,為完成模具制造前后共投入了全廠1/3的加工力量,同時(shí)又派了練元堅(jiān)同志(時(shí)任室主任)加強(qiáng)課題組的領(lǐng)導(dǎo)。設(shè)計(jì)人員下工廠向工人師傅學(xué)到了不少實(shí)踐知識(shí),增長了才干,攻克了不少技術(shù)難關(guān),例如直徑70毫米的硬質(zhì)合金件的精加工,當(dāng)時(shí)在國內(nèi)很少碰到,沒有現(xiàn)成的機(jī)床,技術(shù)人員和工人一起邊干邊學(xué),大膽動(dòng)手改裝機(jī)床,較快地掌握了電火花加工技術(shù),解決了硬質(zhì)合金件的加工問題。又如對(duì)45CrNiMoVA鋼環(huán)的鍛造、熱處理當(dāng)時(shí)還沒有成熟的加工工藝,也是通過在實(shí)踐中不斷摸索經(jīng)驗(yàn),逐步掌握了它的鍛造比、鍛造溫度以及較好的熱處理規(guī)范才解決的。最后又遇到了裝配難關(guān),由于硬質(zhì)合金件和鋼環(huán),鋼環(huán)與鋼環(huán)之間采用過盈配合,其最大過盈量達(dá)8%這對(duì)一般冷壓裝配來說是很少見的,如果壓裝程序不正確或鍛造、熱處理不好等原因,常常會(huì)造成鋼環(huán)破裂,我們對(duì)比了多種壓裝方法,反復(fù)試驗(yàn),在潤滑劑的選用上也花了不少功夫,如豬油、機(jī)油、石墨粉等作潤滑材料都試過,后來采用了新型潤滑材料二硫化鉬有機(jī)溶劑(丙酮或乙醇)噴涂,裝配問題才得到解決。
第一套‘61型超髙壓髙溫裝置’于62年底誕生了,磨料所于鴻昌、王光祖等同志也于1962年上半年來北京通用所,他們?cè)谑占舜罅繃赓Y料的基礎(chǔ)上,對(duì)合成工藝進(jìn)行了深入、詳細(xì)的分析,提出了合成金剛石熱力學(xué)條件的選擇依據(jù)和相關(guān)工藝思路。1962年練元堅(jiān)同志考慮61型裝置太復(fù)雜,加工難度大,他又設(shè)計(jì)了62型裝置并投入制造,將61型暫停,但62型最后組裝試驗(yàn),鋼環(huán)斷裂,二套均報(bào)廢。這時(shí)己到1963年上半年,任務(wù)非常緊廹,只好暫停62型制造,并對(duì)失敗原因進(jìn)行分析,原先停掉的61型模具又恢復(fù)了。
此時(shí)我國人工晶體學(xué)術(shù)會(huì)議正在北京召開,我參加了此次會(huì)議,想借會(huì)議的東風(fēng)來推動(dòng)人工合成金剛石項(xiàng)目,極力推薦能將人造金剛石列為第二個(gè)五年計(jì)劃科研重點(diǎn)項(xiàng)目,當(dāng)時(shí)會(huì)議主持人是科學(xué)院硅酸鹽所付所長葛庭隧,他認(rèn)為此項(xiàng)目在國際上都不成熟,不同意列為第二個(gè)五年科研規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,后來在物理所晶體室主任吳乾章的幫助下,最終被列上第二個(gè)五年科委50項(xiàng)重點(diǎn)課題,當(dāng)時(shí)我在會(huì)上就宣布: 1963年一定合成出人造金剛石!會(huì)后國家科委撥款30萬元給通用所作為人造金剛石重點(diǎn)研究項(xiàng)目的專款。
這時(shí)61型超高壓髙溫模具已制造出來,能不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求呢?首先要解決超髙壓測(cè)試技術(shù),這項(xiàng)目由通用所許錦楓負(fù)責(zé)。我們參考了國外資料介紹的常用測(cè)壓方法,利用Bi、Tl、Cs、Ba四個(gè)元素在某一特定壓力下發(fā)生相變而引起的電阻變化來間接測(cè)量壓力。由于這些試樣的原始電阻值很小(在百分之幾到千分之幾歐姆之內(nèi)) 而電阻值的變化則更小,因此盡可能減少接觸電阻的影響,就成了測(cè)量成敗的關(guān)鍵。経過反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn),從失敗中找原因,最后采用汞齊來增大試樣兩端的接觸表面,使其在受壓力的過程中,接觸面十分穩(wěn)定,從而保證了測(cè)量的可靠性和精確度,鉍、鉈、銫均已順利測(cè)得數(shù)據(jù),初步測(cè)得了精度達(dá)+4%的壓機(jī)負(fù)荷壓力曲綫,此時(shí)鋇點(diǎn)還未測(cè)出。髙溫的測(cè)量是由地科院姚裕成、熊文松等同志負(fù)責(zé),他們采用間接加熱方法,在葉蠟石管外壁車成螺旋狀小槽,繞以鉑絲通電加熱,他們先在模擬設(shè)備上做了大量的試驗(yàn)準(zhǔn)備工作,特別是在選擇和摸索葉蠟石的性能和加工方法方面花費(fèi)了不少心血,他們?cè)?1型裝置上成功測(cè)得了間接加熱功率-溫度曲綫。由于考慮到61型裝置試驗(yàn)腔體體積較小,采用間接加熱有困難,并且操作裝配也較繁瑣,因此,我們又考慮了直接加熱方案,但到底是在低壓下測(cè)溫,把測(cè)得數(shù)據(jù)類推到髙壓下使用,還是在合成金剛石的壓力下測(cè)量呢?我們發(fā)現(xiàn)常壓下測(cè)得數(shù)據(jù)與髙壓下測(cè)得數(shù)據(jù)誤差很大,根本行不通,一定要在合成壓力下實(shí)測(cè)功率-溫度的關(guān)系。擔(dān)負(fù)測(cè)溫工作的張永華、柳開忠同志精心裝配試樣,細(xì)心操作壓機(jī),經(jīng)過數(shù)十次試驗(yàn),反復(fù)改進(jìn)組裝方法,并用云母片作襯墊才解決難題測(cè)得功率-溫度曲綫。與此同時(shí)地科院、磨料所同志也在直接加熱試樣測(cè)得了功率-溫度曲綫。
“謀事在人,成事在天”。到了1963年下半年,61型裝置已經(jīng)成功,功率-溫度曲綫也已測(cè)出,這時(shí)急迫要進(jìn)行工藝方案的定奪。從有關(guān)報(bào)道上我們得知蘇聯(lián)科學(xué)院于1961年成功合成人造金剛石,并授予研究人員紅旗勛章,1962年日本小松制作所也成功合成人造金剛石,這給我們合成方案提供了一些新的思路。我們?nèi)液献鲉挝婚_會(huì)討論方案,我提出采用片狀交迭組裝塊,對(duì)于觸媒磨料所提議用純鎳,通用所金秋野提議用合金,最后決定采用鎳或合金、片狀交迭組裝塊。當(dāng)時(shí)合金就用NiCr電爐絲,用鍛錘打扁再?zèng)_成片,與石墨片組裝成塊,磨料所用純鎳片與石墨片組裝,地科院姚裕成也準(zhǔn)備了幾套組裝件。從63年四季度正式開始合成試驗(yàn),經(jīng)過50多次工藝試驗(yàn),還未發(fā)現(xiàn)有金剛石,但經(jīng)理化鑒定已有Ni3C等金剛石伴生物生成,說明合成溫度、壓力已接近金剛石的穩(wěn)定區(qū)。分析溫度、壓力這二個(gè)因素,溫度在試棒上的分布是很不均勻的,即存在著一個(gè)較大的溫度范圍,關(guān)鍵是要提髙壓力就能滿足合成金剛石的生長條件。這時(shí)壓力曲綫始終得不到鋇的測(cè)試結(jié)果,通用所付所長蘇又泉提出可能因沖程不夠,于是加大沖程, 1963年12月5日成功測(cè)得鋇的壓力曲綫,這樣鉍鉈銫鋇壓力曲線均已得到,萬事俱備、只欠東風(fēng)。
我決定12月6日正式進(jìn)行合成試驗(yàn),一共進(jìn)行4次,當(dāng)日就由磨料所于鴻昌帶合成樣品回鄭州去分析,10日晚我接到于鴻昌發(fā)來的電報(bào),已經(jīng)晚上9點(diǎn),我和唐梓敬一同到天橋郵局,找到譯員,當(dāng)看到譯出的電文“發(fā)現(xiàn)有D綫譜”時(shí),我們髙興極了,三年來的辛苦終于看到了曙光!第二天一早把這個(gè)好消息告訴所領(lǐng)導(dǎo),又做了幾次試驗(yàn),我親自送到鄭州磨料所去分析。幾天后地科院姚裕成來找,他們也準(zhǔn)備幾個(gè)試樣,一定要試試,我們答應(yīng)把62型模具再組裝起來讓他們?cè)?結(jié)果也成功壓出了金剛石,是地科院自已分析的。我們前后共試驗(yàn)八次,其中四次有金剛石,最大一顆0.7mm, 12月30日我們將正式報(bào)告送到了一機(jī)部和國家科委。1964年中國科學(xué)院在香山開年會(huì),張勁夫院長在會(huì)上講話“人造金剛石一機(jī)部已搞出來,我們科學(xué)院落伍了”!其實(shí)按當(dāng)時(shí)研究力量物理所何壽安、沈主同完全可以在我們之前搞出來的,后來他們把保存的63年樣品拿去分析,結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了有金剛石。1964年初我們課題組獲得了國家科委一等科研成果獎(jiǎng)。
三、乘勝追擊,攻克合成工藝、頂錘壽命關(guān)
人造金剛石研制成功是科學(xué)試驗(yàn)邁開的可喜的一步,使我們打破了對(duì)人造金剛石合成技術(shù)的種種迷信。當(dāng)時(shí)擺在我們面前有兩種意見:一種意見認(rèn)為我們所的任務(wù)已經(jīng)完成,三個(gè)單位合作亦己結(jié)束,下一步應(yīng)交給別單位干,搞接力賽;另一種意見則認(rèn)為應(yīng)繼續(xù)在61型裝置的基礎(chǔ)上穩(wěn)定工藝、提髙產(chǎn)量,推廣到生產(chǎn)中去,我們堅(jiān)持了后一種意見,并得到了研究所領(lǐng)導(dǎo)的支持。我們決定在61型裝置上摸索出一整套合成工藝方法并盡快推廣生產(chǎn),趕在六面頂中間試驗(yàn)投產(chǎn)前,為國家提供一批金剛石磨料。我們分析了在61型裝置上要推廣生產(chǎn),必須要解決‘三低’(成功率低、轉(zhuǎn)化率低、頂錘壽命低),實(shí)質(zhì)上就是要解決合成工藝和頂錘壽命兩大關(guān)鍵。首先要改進(jìn)合成工藝,提髙合成成功率和轉(zhuǎn)化率,當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)化率僅達(dá)1%,每次得量?jī)H0.01克拉,因此必須在合成工藝上下功夫。實(shí)踐證明在一定壓力和溫度條件下,觸媒材料對(duì)合成金剛石影響是很大的,能不能找到一種比NiCr合金更好的觸媒材料呢?我們以笫八族金屬為基體,選擇了十多種合金,進(jìn)行了近200次試驗(yàn),結(jié)果表明Ni Cr Fe合金較好,成功率、轉(zhuǎn)化率有了一定的提髙,但還達(dá)不到預(yù)期的指標(biāo),(部下達(dá)指標(biāo):轉(zhuǎn)化率20% -25%),困難還是很大的。通過總結(jié)工作、仔細(xì)觀察和分析,為什么同樣材質(zhì)的觸媒有的能長金剛石,有的卻不能長金剛石,在不能長金剛石的情況下,往往合金與石墨不發(fā)生作用,形成所謂光板。通過分析,我們認(rèn)識(shí)到除了溫度、壓力的影響外,還有一個(gè)觸媒表面的活性的問題。當(dāng)我們用酸處理除去合金表面氧化皮后,表面有一層白色薄膜,用刀子刮掉這層薄膜,試驗(yàn)效果就好,證明這層薄膜是有害物質(zhì)。我們就用蒸餾水沖洗酸處理的合金表面,把殘留合金表面的酸根離子洗掉,通過這樣的操作方法,就能使合成成功率達(dá)到100%(這就成為后來推廣生產(chǎn)時(shí),采用軋制合金和酸處理、球磨表面等一套工藝條件的依據(jù))。在提髙合成成功率的基礎(chǔ)上,選擇合理的組裝形式,減小縱向溫度梯度,選擇有利金剛石生長的石墨材料,增加合金與石墨片的接觸表面等措施使轉(zhuǎn)化率達(dá)到24%。雖然合成成功率和轉(zhuǎn)化率有了大幅度的提髙,但單次產(chǎn)量仍然達(dá)不到投產(chǎn)要求,通過試驗(yàn)分析了溫度在試驗(yàn)腔內(nèi)的分布情況,采取了逐步擴(kuò)大試驗(yàn)腔體的辦法,試驗(yàn)證明將試棒擴(kuò)大到5mm,對(duì)壓缸的壽命影響不大,而合成產(chǎn)量卻提髙了幾倍,單次產(chǎn)量達(dá)到0.65克拉,最髙可達(dá)1克拉上,這就為200噸級(jí)二面頂裝置推廣生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
合成試驗(yàn)經(jīng)過一系列努力,基本上穩(wěn)定了工藝,但又出現(xiàn)頂錘壽命太短的問題,有時(shí)一天就壞了三個(gè)錘,每亇頂錘成本要300元,加工還十分吃力(當(dāng)時(shí)還沒有金剛石砂輪),這無論從加工能力和和經(jīng)濟(jì)核算上考慮都是不行的。那么影響頂錘使用壽命的關(guān)鍵是什么呢?分析頂錘破裂的現(xiàn)象都是半邊劈開或局部碎裂,使我們初步認(rèn)識(shí)到在現(xiàn)有的材質(zhì)和燒結(jié)工藝下,造成頂錘破裂的主要原因是上下頂錘對(duì)中情況不好,局部錐面受力過大,因此我們就從操作上下功夫,提髙導(dǎo)向精度和降低壓機(jī)噸位,使錐面受力均勻并減小錐面受力,壓機(jī)噸位從170T降低到160T。通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證,頂錘壽命由原來29次提髙到150最髙過315次。單次合成產(chǎn)量的提髙和頂錘壽命的解決,就使人造金剛石成本大大降低,各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)基本上達(dá)到了推廣投產(chǎn)的要求。
四.通過部級(jí)鑒定,磨料級(jí)人造金剛石推廣生產(chǎn)
在部科技司劉司長的主持下, 1965年10月27日在通用所大樓召開磨料級(jí)人金剛石審查和鑒定會(huì),胡恩良同志代表課題組作了“人造金剛石試驗(yàn)硏究”成果報(bào)告,最后鑒定委員會(huì)一致同意該試驗(yàn)報(bào)告。技術(shù)鑒定書指出:
“人造金剛石磨料級(jí)的試驗(yàn)硏究工作,在國家科委的關(guān)懷和支持下,以通用所為主,在磨料所、四機(jī)部746廠、地質(zhì)部地科院、冶金部601廠、材料所、電器科學(xué)硏究院等單位的大力協(xié)作和共同努力下,從1961年4月經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和不斷改進(jìn)提髙,至1965年10月兩面頂合成工藝已基本穩(wěn)定,達(dá)到部(65)機(jī)科字第736號(hào)文規(guī)定的要求。鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為:
1.合成工藝基本穩(wěn)定,已達(dá)到和超過部下達(dá)的技術(shù)指標(biāo):
(1) 合成轉(zhuǎn)化率平均為24%(規(guī)定指標(biāo)20至25%)每次合成試驗(yàn)平均獲得人造金剛石0.65克拉;
(2) 人造金剛石粒度在200微米以下,符合一般磨料要求;
(3) 今年1至10月已獲得480克拉金剛石;
(4) 硬質(zhì)合金模具壽命上下頂錘平均在150次以上,壓力缸平均在250次以上,(規(guī)定100次)
2、每克拉人造金剛石磨料的成本在10元以下,低于進(jìn)口價(jià)格。
3、以上情況說明,人造金剛石磨料兩面頂合成工藝,已經(jīng)具備投入工業(yè)生產(chǎn)條件,建議有關(guān)部門安排生產(chǎn)”。國家科委于當(dāng)年正式出版 (只有國家科委的重點(diǎn)課題,經(jīng)過部級(jí)鑒定定案,科委才予以出版)。鑒定會(huì)以后很多單位來我所學(xué)習(xí),我們組織了”烏蘭牧騎”式的推廣小分隊(duì),深入工廠。用了不到一個(gè)月的時(shí)間,于1965年12月26目幫助長春汽車廠工具分廠試制成功人造金剛石,并投入小批量的生產(chǎn),為該廠工具硬質(zhì)合金化所需金剛石砂輪解決了關(guān)鍵難題。繼而在全國十幾個(gè)省市進(jìn)行推廣技術(shù)、遍地開花,其中牡丹江121廠、哈爾濱砂輪廠、上海砂輪廠、蘇州砂輪廠、上海手表廠、上海鈡表元件廠、北京砂輪廠、沈陽黎明機(jī)器廠、天津砂輪廠、西安慶安公司、鄭州二砂、青島硬質(zhì)合金硏究所等單位分別于1966 -1967年正式投產(chǎn)。
五、我國人造金剛石工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的初步設(shè)計(jì)
1962年我就開始考慮人造金剛石工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,收集資料撰寫了一文,提出絞鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)是適合于人造金剛石的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,并于1963年開始設(shè)計(jì)6x300噸和6x600噸的二套壓機(jī)圖紙,1964年6月根據(jù)上級(jí)指示我將這套圖紙轉(zhuǎn)交給濟(jì)南鋳鍜所,我在該所整整住了一周,作了技術(shù)交底,他們接待我的是范總工程師、閔工室主任和課題負(fù)責(zé)人陸乃琨,他們?cè)诖嘶A(chǔ)上又做了大量修改,并経不斷改進(jìn)完成了最終設(shè)計(jì),但我國六面頂壓機(jī)最初的原設(shè)計(jì)人仍應(yīng)是我。経過近50年來的不斷改進(jìn)和發(fā)展,六面頂壓機(jī)已經(jīng)成為我國人造金剛石工業(yè)最主要的生產(chǎn)設(shè)備,為我國人造金剛石工業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。
我60年代前期(1961-1965年)共寫出設(shè)計(jì)試驗(yàn)報(bào)告35篇,積累了當(dāng)時(shí)有關(guān)人造金剛石試制的全部技術(shù)資料,這項(xiàng)科硏成果于1978年榮獲全國科大會(huì)重大成果奨。其后我仍繼續(xù)進(jìn)行人造金剛石的硏究,1984年我出席了在希臘羅德島舉行的世界第二屆硬材料科學(xué)會(huì)議,在會(huì)上我發(fā)表了的論文,得到與會(huì)者好評(píng),并收入大會(huì)論文集。在這篇論文里我提出“電位梯度”的觀點(diǎn),通過多年的實(shí)踐,證明是正確的。提髙電位梯度不僅能提髙金剛石的品位,而且能大大改善頂錘的壽命,大幅度降低生產(chǎn)成本。(詳見:The Problem of electronic transition in the conversion of graphite into diamond , Science of hard Materials 75Vol.1985)
我國第一顆人造金剛石研制成功至今已五十年了, 50年來我國人造金剛石產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展、成就輝煌,我國人造金剛石產(chǎn)量2012年己突破100億克拉,成為當(dāng)今世界產(chǎn)量最多的生產(chǎn)大國。作為超硬材料行業(yè)的一員老兵我對(duì)此感到無比欣慰,但仍應(yīng)清醒地看到我國產(chǎn)品的品種、質(zhì)量及應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家相比仍有不小的差距,任重而道遠(yuǎn),衷心祝愿中國的人造金剛石工業(yè)不斷做好做強(qiáng)、造福全人類!