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我國超硬材料工業(yè)發(fā)展的展望(1)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-01-23  來源:中國化工信息網(wǎng)  瀏覽次數(shù):2063
核心提示:王光祖教授一、戰(zhàn)略方向1、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),多品種、多規(guī)格發(fā)展,大力加強制品開發(fā)研究,著力應(yīng)用技術(shù)研究,以適應(yīng)
 王光祖教授

一、戰(zhàn)略方向

1、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),多品種、多規(guī)格發(fā)展,大力加強制品開發(fā)研究,著力應(yīng)用技術(shù)研究,以適應(yīng)多元市場的需求。

2、大力培肓我國的民族品牌,積極爭取更多的國際超硬材料話語權(quán)。

3、加強超硬材料光、聲、熱、電等功能的開發(fā)應(yīng)用;積極開展更髙壓力下(10GPa以上)合成超硬新材料的研究。

4、 健全標準體系、技術(shù)規(guī)范、檢測方法和認證機制,進一步完善超硬材料及制品標準的研究、制訂、推廣,與國際接軌。

5、加強企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)能力建設(shè),推動產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,建立技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟,引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

6、加強創(chuàng)新人才隊伍建設(shè),促進知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新,重視高端人才的培養(yǎng)和引進,建立健全行業(yè)人才服務(wù)體系。

二、技術(shù)趨勢

1、材料

(1)CVD材料產(chǎn)業(yè)化

CVD金剛石薄膜生長技術(shù)的研究始于上世紀80年代中期,從90年代后期至今,各類用途的CVD金剛石材料及其制品已經(jīng)開始工業(yè)化生產(chǎn),其應(yīng)用前景和潛在市場極為廣泛。

CVD金剛石已成為加工業(yè)、汽車、信息、能源領(lǐng)域以及國防、軍工和尖端技術(shù)的關(guān)鍵材料。因此,加快CVD生長技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化,是我行業(yè)當前急需解決的現(xiàn)實問題。

(2)金剛石的功能性研究與應(yīng)用

金剛石除了優(yōu)異的機械性能外,還具有很多卓越物理化學(xué)性能。如:金剛石的導(dǎo)熱性好,可用于微波器件、大功率固體激光器、散熱片和大規(guī)模集成電路等;金剛石晶體的電子親和勢小,是理想的場發(fā)射陰極材料,可用于冷陰極場發(fā)射器件;同時金剛石又是一種寬帶(Eg=5.5eV)、擊穿電壓(107V)和飽和電流(2.7×107cm s-1)都遠遠高于Si、 GaAs、 InP等常用的半導(dǎo)體材料,結(jié)合其優(yōu)異的高溫性能,在微電子領(lǐng)域,基于金剛石的集成電路是現(xiàn)有硅基集成電路強有力的競爭者。用金剛石制造的對頂砧(DAC)是高壓物理、高壓化學(xué)研究不可缺少的手段;金剛石從深紫外到遠紅外全透明,可應(yīng)用于巡航導(dǎo)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;還可用來作半導(dǎo)體熱阱、熱敏電阻及高靈敏溫度計。加強金剛石功能性研究與應(yīng)用是行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保障。

(3)立方氮化硼的功能性研究與開發(fā)

立方氮化硼晶體(CBN)具有6.4eV最寬的直接帶隙,是一種十分優(yōu)異的半導(dǎo)體材料,它在高溫高功率寬帶器件微電子學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。立方氮化硼能產(chǎn)生二階非線性光學(xué)效應(yīng),可以用于光的高次諧波發(fā)生器、電光調(diào)制器、可見-紫外光轉(zhuǎn)換器、光學(xué)整流器、光參量放大器等等。此外,立方氮化硼與金剛石一樣還具有很強的抗輻射能力,可用于抗輻射器件。因此,對立方氮化硼材料功能性的研究與開發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義。

(4)高端PDC急待突破

目前國內(nèi)PDC總體有了明顯的進步,可供拉絲模、煤田鉆采、和一般的石油鉆采用。但大直徑PDC、深孔鉆進用PDC,高速、高壽命刀具PDC還無法與國外競爭,我國髙端PDC仍然靠進口,這種局面必須盡快解決。

(5)新型超硬材料的研究

尋找高硬度、高化學(xué)惰性和高熱穩(wěn)定性的新型類超硬材料是超硬材料研究領(lǐng)域的熱點問題。如果從理論設(shè)計的角度出發(fā)設(shè)計新型超硬材料,再通過實驗進行驗證能夠開發(fā)出新型的超硬材料,將使它兼有金剛石和立方氮化硼這兩種超硬材料的優(yōu)點,克服它們的缺點,必然將成為新一代的超硬材料,具有廣闊的應(yīng)用前景。

(6)寶石級金剛石的研發(fā)

20年來,寶石級金剛石合成技術(shù)方面取得了長足的進展。1990年,日本的住友電氣公司,用大晶種方法生長出9克拉Ib型金剛石單晶,生長速度提高到15mg/h;1996年,De Beers公司用1000h合成出重量達25克拉的優(yōu)質(zhì)Ib型金剛石單晶,代表了當今寶石級金剛石的培育最高技術(shù)水平。美國卡內(nèi)基研究院地球物理實驗室于1998年開始CVD單晶金剛石培育技術(shù)的開發(fā),2004年生長出對角長10mm、厚4.5mm的單晶金剛石,生長速度100μm/h、最高速度達到300μm/h,所得到的單晶呈褐色,經(jīng)高溫高壓處理后為無色,2005年生長出10克拉的透明單晶金剛石。

目前,我國中南鉆石有限公司、黃河旋風股份有限公司、焦作華晶鉆石有限公司等,在已能生產(chǎn)4mm左右的金剛石大單晶。黃河旋風股份有限公司已經(jīng)培育出10mm的寶石級大單晶金剛石;吉林大學(xué)可以生產(chǎn)0.8ct的寶石級優(yōu)質(zhì)大單晶。在此基礎(chǔ)上,我們應(yīng)繼續(xù)加強對寶石級人造金剛石的合成方法及工藝技術(shù)進行深入研究與開發(fā)。

(7)納米金剛石產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用開發(fā)

納米金剛石除了具有金剛石的一般特性外,同時還具有納米材料的特性,在復(fù)合鍍層、研磨、拋光、潤滑、密封、高強樹脂和橡膠等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,顯示出良好的應(yīng)用前景,我們必須高度重視納米金剛石產(chǎn)業(yè)化及其應(yīng)用,同時關(guān)注納米立方氮化硼的研發(fā)。

(8)加速原輔材料的改進與研發(fā)

傳壓介質(zhì)、頂錘壓缸、觸媒合金、炭源材料及氮化硼原料是超硬材料生產(chǎn)不可或缺的五大支柱,為了適應(yīng)我國超硬行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要,必須加速原輔材料的改進與研發(fā),抓緊研制新型傳壓介質(zhì)、納米—亞納米鐵基制品金屬粉、新型炭源材料及優(yōu)質(zhì)氮化硼,特別是硬質(zhì)合金件的配套跟進尤為重要。

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