發(fā)展的中國(guó)超硬材料工業(yè)
1、引言
自1963年第一顆人造金剛石在華夏大地誕生后，經(jīng)歷37年的不平凡歷程，取得舉世矚目的成就，歸納起來(lái)大致有以下幾點(diǎn)：
1.1 已形成以高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，合成技術(shù)經(jīng)過(guò)三次大的飛躍，使得這門跨多種學(xué)科的技術(shù)變得越來(lái)越完整，越來(lái)越成熟起來(lái)。
1.2 已成為世界上中、低檔次人造金剛石單晶（包括粗制微粉）的生產(chǎn)和出口大國(guó)：CVD薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)正在逐步展開(kāi)；納米結(jié)構(gòu)金剛石產(chǎn)業(yè)化條件基本具備，應(yīng)用開(kāi)發(fā)正在策劃之中；立方氮化硼生產(chǎn)有所發(fā)展，仍不理想，但潛在前景很好；PCD成功地用于地質(zhì)、石油鉆探，是世界金剛石鉆探發(fā)展中一大創(chuàng)舉，對(duì)推動(dòng)我國(guó)和世界金剛石鉆探技術(shù)的發(fā)展做出了重大歷史性貢獻(xiàn)。
1.3 已涌現(xiàn)出像黃河實(shí)業(yè)集團(tuán)公司、杭州高發(fā)磨料磨具（集團(tuán)）公司、亳州金剛石（集團(tuán)）公司、河南中南機(jī)械等一批年產(chǎn)3000萬(wàn)拉以上的人造金剛石生產(chǎn)企業(yè)，表明規(guī)�；a(chǎn)格局已經(jīng)形成。
1.4 鉸式六面砧壓機(jī)的大型化進(jìn)程明顯加快，可是高品級(jí)金剛石產(chǎn)業(yè)化亟待解決。
物換星移，世紀(jì)交替，回顧以往的成就固然可喜，但展望未來(lái)的任務(wù)更為艱巨。我們需要追憶的往事很多很多，本文僅就超硬材料的發(fā)展問(wèn)題做一簡(jiǎn)要綜述。
2、人造金剛石的需求與發(fā)展
有需求就有發(fā)展，這點(diǎn)從我國(guó)人造金剛石發(fā)展歷程可得到充分說(shuō)明。
第一階段：硬質(zhì)合金的機(jī)械加工引發(fā)了我國(guó)人造金剛石發(fā)展的起步。
第二階段：發(fā)展的主要?jiǎng)恿?lái)自地質(zhì)鉆探對(duì)高品質(zhì)金剛石的需求。60年代末，我國(guó)探礦工作者認(rèn)識(shí)到，要發(fā)展我國(guó)鉆探事業(yè)，靠進(jìn)口天然金剛石是不行的，必須走自力更生的道路，立足于國(guó)內(nèi)人造金剛石制造地質(zhì)鉆頭。
經(jīng)過(guò)三年的推廣表明，人造金剛石鉆頭可以鉆進(jìn)堅(jiān)硬地層，在坑鉆進(jìn)中能打任意角度的鉆孔（鋼粒鉆進(jìn)無(wú)法解決），實(shí)現(xiàn)了“以鉆代坑”，人造金剛石鉆進(jìn)完全可以取代鋼粒鉆進(jìn)，有其不可比擬的優(yōu)越性，與天然金剛石鉆頭比較，成本低，效率高，適應(yīng)范圍廣。隨著人造金剛石鉆探的逐步推廣，鉆探臺(tái)日效率逐年提高，鉆孔質(zhì)量也相應(yīng)提高，單位成本下降，人造金剛石鉆探優(yōu)勢(shì)充分顯示出來(lái)。我們的實(shí)踐結(jié)論是，由于地質(zhì)鉆探的需要，推動(dòng)了我國(guó)人造金剛石的發(fā)展，人造金剛石的發(fā)展，又促進(jìn)地質(zhì)鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展與提高。
據(jù)1990年主要地質(zhì)勘探部門統(tǒng)計(jì)：冶金部已普及人造金剛石鉆探，中國(guó)有色金屬總公司93%的鉆探工程采用人造金剛石鉆探技術(shù)、核工業(yè)部金剛石鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)臺(tái)數(shù)占89.8%、地礦部機(jī)械巖心鉆探工作量159.7萬(wàn)米，金剛石鉆探工程量占67%，其中人造金剛石鉆頭使用比例占67.5%，實(shí)踐證明，人造金剛石在地質(zhì)鉆探的應(yīng)用，使我國(guó)鉆探技術(shù)發(fā)生了全面改革，并已超越地質(zhì)鉆探范疇，在工程地質(zhì)、水文水井、基礎(chǔ)工程施工、油、氣鉆探、礦山和建筑施工等部門。
第三階段：石材加工的需求給人造金剛石的大發(fā)展帶來(lái)前所未有的機(jī)遇。從市場(chǎng)來(lái)看，目前我國(guó)人造金剛石最大的市場(chǎng)去向是石材加工。據(jù)中國(guó)石材協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)1998年共生產(chǎn)板材1.35億平方米（其中花崗石7500萬(wàn)平方米、大理石3500萬(wàn)平方米、水磨石2500萬(wàn)平方米）。若以加工每平方米板材耗用1.4克拉金剛石計(jì)算，需耗用人造金剛石近2億克拉。去年，我國(guó)加大對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和建筑工程的投入，一大批“世紀(jì)工程”相繼完工，市場(chǎng)上對(duì)裝飾石材的需求量回升。近幾年來(lái)，用于鋸切混凝土和建筑裝修的金剛石工具市場(chǎng)發(fā)展很快，小鋸片出口市場(chǎng)已基本穩(wěn)定，這部分耗用的金剛石大約為5000—8000萬(wàn)克拉，所以，加上加工石材所需的金剛石，這塊市場(chǎng)總量將接近3億克拉。
此外，出口的需求，我國(guó)已成為世界上人造金剛石最大的生產(chǎn)大國(guó)和最大的出口大國(guó)。從目前出口地區(qū)來(lái)看，美國(guó)仍然是我國(guó)人造金剛石最大出口國(guó)和轉(zhuǎn)口集散地。隨著亞洲經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，人造金剛石需求增長(zhǎng)明顯，尤其是日本市場(chǎng)增勢(shì)強(qiáng)勁。據(jù)日本大藏省關(guān)稅局發(fā)表的資料，日本1999年，共進(jìn)口工業(yè)人造金剛石（含天然）10,187萬(wàn)克拉，其中從中國(guó)進(jìn)口人造金剛石3, 335萬(wàn)克拉，占進(jìn)口總量33%，差不多比1998年增加4倍，是近10年從中國(guó)進(jìn)口人造金剛石最多的一年，首次突破該國(guó)進(jìn)口量30%。
3. 立方氮化硼生產(chǎn)有所發(fā)展、應(yīng)用潛在市場(chǎng)很大
立方氮化硼（CBN）是1957年，由美國(guó)G.E.Co首先研制成功的高科技磨削材料。它的問(wèn)世給硬韌難加工材料的加工帶來(lái)了革命性變革，它不僅大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率、加工精度和加工質(zhì)量，而且減輕了能量消耗和環(huán)境污染。因此，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力、物力進(jìn)行CBN及制品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究。
1966年CBN在鄭州磨料磨具磨削研究所問(wèn)世，1983年完成高品級(jí)CBN的研制，1994年又完成了微晶立方氮化硼的科研任務(wù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，該課題所制得的CBN微晶，在主要性能上接近G.E.Co CBN550產(chǎn)品水平。
自1966年我國(guó)研究成功立方氮化硼后至今已有34個(gè)年頭了，經(jīng)過(guò)34年的發(fā)展，始終沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)的格局，CBN生產(chǎn)的總態(tài)勢(shì)是分散附屬在為數(shù)不多的金剛石生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)量小、品種單一、品級(jí)不高。雖然在此期間國(guó)內(nèi)推出了一些CBN及其制品的科研成果，但得到推廣的不多，從而嚴(yán)重地制約著CBN的發(fā)展。為此，這里將要著重提及的是發(fā)展中的河南富耐克超硬材料有限公司。
該公司的前身是武陡超硬材料廠，始建于1988年，1997年到鄭州國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)落戶、1988年河南省科學(xué)技術(shù)委員會(huì)授予高技術(shù)企業(yè)的光榮稱號(hào)、1999年11月通過(guò)國(guó)際ISO9002質(zhì)量管理體系認(rèn)證、通過(guò)十多年的發(fā)展已成為我國(guó)唯一的、最大的、專業(yè)化CBN生產(chǎn)企業(yè)。
該公司生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)年產(chǎn)量CBN單晶1800萬(wàn)克拉、微粉200萬(wàn)克拉、CBN陶瓷砂輪500片、CBN刀具2000把、年實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值3250萬(wàn)元，其中，CBN單晶及微粉產(chǎn)品為主要產(chǎn)品，80%出口美國(guó)、日本、歐洲、臺(tái)灣、等國(guó)家和地區(qū)。
目前，全球需求量為1.5億克拉，并以每年25%的速度遞增，該公司已于一些國(guó)際知名的磨具制造企業(yè)建立長(zhǎng)期供貨關(guān)系，其中有享譽(yù)全球的美國(guó)、德國(guó)、奧地利、日本磨具制造企業(yè)，說(shuō)明該公司產(chǎn)品得到了國(guó)際的認(rèn)可，表明我國(guó)CBN產(chǎn)品具有較高水平，是有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的。
為了保持在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，該公司以院所為依托，不斷開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，并形成產(chǎn)品系列。
CBN—800是在1988年鄭州磨料磨具磨削研究所轉(zhuǎn)讓的黑色CBN技術(shù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)不斷完善的產(chǎn)品。
CBN—900、CBN—990和CBN—850所采用技術(shù)是與吉林大學(xué)合作，于1998年研制成功的。
CBN—800已生產(chǎn)900萬(wàn)克拉以上，CBN—900、CBN—850產(chǎn)品已分別生產(chǎn)300萬(wàn)克拉以上，表明上述CBN單晶已具備產(chǎn)業(yè)化條件。
4. PDC（PCBN)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用
鄭州磨料磨具磨削研究所于1969年率先開(kāi)展PCD的研制。工藝方法與國(guó)外顯著不同。其設(shè)計(jì)思路一般基于兩個(gè)方面，其一，選擇的粘結(jié)劑應(yīng)與金剛石有一定的粘結(jié)作用；另一是，選擇的粘結(jié)劑在高壓高溫下生成的物相自身應(yīng)具有良好的耐磨性，80年代中期以前，大部分生產(chǎn)廠采用Ni-Si-B體系和80年代中期以后，普遍采用Ti-Si-B體系就是根據(jù)上述原則選定的，可以認(rèn)為，我國(guó)的聚晶燒結(jié)體不論在理論研究，還是在工藝研究方面均有獨(dú)到之處，特別是在確定和控制聚晶燒結(jié)體耐磨性的工藝方法，自銳性研究以及結(jié)構(gòu)與性能方面的研究取得了令人矚目的成果。我國(guó)PCD的耐熱性能事世界一流的，這已為世界所認(rèn)可。
刀具用PCD于PCBN圓片有越來(lái)越大趨勢(shì)，因?yàn)槠渲睆皆酱�，可切割的刀頭數(shù)量越多，也越經(jīng)濟(jì)，故進(jìn)口大片子走俏國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。作為石油、地質(zhì)鉆探用PCD并非越大越好，實(shí)踐證明，最大以Φ 19mm較為理想，河南新亞公司的石油與地質(zhì)鉆頭用PCD的規(guī)格較全，基本上滿足了市場(chǎng)需求。
4.1 石油和地質(zhì)鉆頭
PCD 1972年成功地用于地質(zhì)鉆探，在國(guó)外無(wú)此先例，另PCD用于鉆頭內(nèi)外徑的保徑及可制成擴(kuò)孔器，亦屬我國(guó)首創(chuàng)。1975年《人民日?qǐng)?bào)》稱人造金剛石已成套地用于地質(zhì)鉆探（包括人造金剛石單晶和多晶金剛石、鉆頭制造、鉆進(jìn)工藝），不僅是中國(guó)的技術(shù)進(jìn)步，也推動(dòng)了其他國(guó)家將人造金剛石用于地質(zhì)鉆探的步伐。1975年PCD成功用于石油鉆探，在勝利油田用噴射式三刮刀PCD鉆頭，一只鉆頭可鉆穿三組地層，每只鉆頭進(jìn)尺2400米以上，最高可達(dá)3135米，時(shí)效60米/時(shí)（平均），與硬質(zhì)合金三刮刀鉆頭相比，每口井當(dāng)時(shí)可節(jié)約2萬(wàn)元，時(shí)間節(jié)省78%。與牙輪鉆為主的井相比，可節(jié)約成本137-226%，時(shí)間可節(jié)約5-8天。
1987年在勝利油田渤南地區(qū)會(huì)戰(zhàn)中，有55口井從二開(kāi)使用這種鉆打到井深2000—2600米、平均單只進(jìn)尺2104.77米，與同地相同井段使用的P型牙輪鉆頭相比，機(jī)械轉(zhuǎn)速提高70%，每米鉆進(jìn)成本可減少14.9元，降低34.41%。渤南會(huì)戰(zhàn)共使用127只PCD刮刀鉆頭，累計(jì)進(jìn)尺222,631米，占鉆井總進(jìn)尺的40.1%，可節(jié)省鉆井費(fèi)用330多萬(wàn)元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，14年來(lái)僅在勝利油田共推廣應(yīng)用4000多只PCD刮刀鉆頭，總進(jìn)尺800多萬(wàn)米，與牙輪鉆頭相比，以每米鉆進(jìn)成本減少14.9元計(jì)，可節(jié)省鉆井費(fèi)用約1億1920萬(wàn)元，并為勝利油田實(shí)現(xiàn)鉆井速度翻番和鉆井速度連續(xù)8年穩(wěn)居全國(guó)同行業(yè)之首發(fā)揮了重要的作用。
隨著工農(nóng)業(yè)的增長(zhǎng)，我國(guó)的能源消耗速度增加，保持與增加原油、天然氣的產(chǎn)量是一項(xiàng)基本國(guó)策，為此國(guó)家制定了穩(wěn)定東部，開(kāi)發(fā)西部的方針，從而適合于油田鉆進(jìn)的PDC鉆頭需要量相應(yīng)增加。
我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，在煤田勘探中PDC鉆頭用量也日益增多，與硬質(zhì)合金鉆頭相比效果十分顯著。
4.2 切削刀具
80年代中期，我國(guó)已開(kāi)始進(jìn)行PCD和PCBN刀具的研制，PCD和PCBN刀具的需求以汽車和摩托車制造廠和其另配件生產(chǎn)企業(yè)為主，大約占整個(gè)國(guó)內(nèi)的需求的80%以上，其余分布在家用氣器、通用機(jī)械等行業(yè)，需求量逐年上升，80年代每年2000—3000把，到97年大約需求26000把。
歐洲工具制造商對(duì)PDC和硬質(zhì)合金工具壽命做了比較，表明PDC工具長(zhǎng)10倍，這些數(shù)據(jù)基于一定范圍的木制品的平均結(jié)果，包括中密度纖維板、硬天然木材和原紙板和層壓紙板。
木材加工業(yè)中使用PCD切削工具進(jìn)行大批量生產(chǎn)的三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：增加了工具壽命；減少了非工作時(shí)間；改進(jìn)了加工質(zhì)量。
在歐洲，強(qiáng)化復(fù)合地板的年使用量已達(dá)6000—7000萬(wàn)平方米。目前，國(guó)內(nèi)已有十幾家中外合資企業(yè)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)化復(fù)合地板，所使用刀具全部從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，交貨期長(zhǎng)，修磨不便。因此，給發(fā)展這種專用刀具提供了很大空間。
4.3 拉絲模
1978年PCD成功應(yīng)用于拉絲模，不僅提高了拉絲的質(zhì)量和效率，還促使了拉絲工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
5、CVD金剛石膜—21世紀(jì)的材料
早在20世紀(jì)50年代和60年代末，蘇聯(lián)、美國(guó)等國(guó)的科學(xué)家已先后在低壓下實(shí)現(xiàn)了多晶薄膜的化學(xué)氣相沉積（CVD）。雖然當(dāng)時(shí)其沉積速度非常之低，但無(wú)疑是奠基性之舉。由于80年代初期金剛石薄膜的低壓氣相生成取得了突破性進(jìn)展，全世界掀起了一股金剛石薄膜研究的高潮。國(guó)家科委高技術(shù)計(jì)劃新材料領(lǐng)域及時(shí)安排了金剛石薄膜的制備與應(yīng)用研究這個(gè)跟蹤項(xiàng)目。
研究證實(shí)高質(zhì)量的CVD金剛石多晶薄膜硬度、導(dǎo)熱、密度、彈性（以楊氏模量表征）和透光性物理性質(zhì)已達(dá)到或天然金剛石。
進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，成功地發(fā)展了多種CVD金剛石多晶薄膜的制備方法，薄膜的生長(zhǎng)速率、沉積面積和結(jié)構(gòu)性質(zhì)已逐步達(dá)到應(yīng)用的程度。
在CVD金剛石薄膜的應(yīng)用基礎(chǔ)研究中，有很多課題可以根據(jù)應(yīng)用方向的需要加以選擇，研究條件中最重要的是測(cè)試、分析的診斷手段，國(guó)內(nèi)已基本具備，因而是能夠有所作為的。
侯立指出，金剛石膜近期和未來(lái)的重要應(yīng)用是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)—機(jī)械加工工業(yè)。金剛石膜產(chǎn)品已在汽車行業(yè)、航天行業(yè)、拉絲制網(wǎng)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，部分產(chǎn)品已經(jīng)小批量銷往國(guó)外市場(chǎng)；而且要不斷開(kāi)發(fā)CVD金剛石新的生長(zhǎng)技術(shù)，開(kāi)拓CVD金剛石膜在更高層次的聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)的應(yīng)用。
匡同春等指出，隨著現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)加工中心、流動(dòng)機(jī)加工車間（FMS），計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的問(wèn)世，以及機(jī)械加工正朝著精密、高速、高生產(chǎn)率切削的方向發(fā)展，對(duì)刀具性能提出了相當(dāng)高的要求，開(kāi)發(fā)各種耐磨性優(yōu)良、能長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行穩(wěn)定加工的超硬切削刀具是必然趨勢(shì)。
為此，國(guó)內(nèi)的一些高等院校、科研院所和工具生產(chǎn)廠家，如吉林大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、湖南大學(xué)、沈陽(yáng)金屬研究所、人工晶體研究所、廣州有色金屬研究所、株洲硬質(zhì)合金廠等也正加緊相關(guān)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究，實(shí)現(xiàn)CVD金剛石刀具產(chǎn)業(yè)化已為時(shí)不遠(yuǎn)。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)加工CVD金剛石膜的技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，最基本的金剛石膜的切割、研磨、拋光以及金剛石膜與其它刀體材料的粘結(jié)（釬焊）技術(shù)。目前，傳統(tǒng)的機(jī)械拋光方法在金剛石膜的加工中，仍占有一定的地位，但其加工質(zhì)量和成本，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)CVD金剛石膜實(shí)用化的進(jìn)程。不久的將來(lái)，各種先進(jìn)的熱化學(xué)方法、激光技術(shù)、光學(xué)加工方法、分子剝離技術(shù)、離子轟擊技術(shù)和涂層技術(shù)將成為CVD金剛石膜熱學(xué)、電子學(xué)、聲學(xué)和半導(dǎo)體應(yīng)用及其產(chǎn)品制備的只要加工手段。
據(jù)國(guó)際資源開(kāi)發(fā)（IRD）公司統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明：CVD金剛石膜產(chǎn)品將以幾乎兩年增長(zhǎng)一倍的極快速度走向市場(chǎng)，全世界金剛石膜的銷售額，1990年約為2億美元，1995年約為20億美元，2000年預(yù)計(jì)可達(dá)到40億美元。有關(guān)專家預(yù)計(jì)，2010—2020年金剛石膜直接市場(chǎng)將超過(guò)100億美元，相當(dāng)于目前合成人造金剛石產(chǎn)品市場(chǎng)的2倍。因此，金剛石膜被譽(yù)為二十一世紀(jì)的材料。
盡管由于金剛石膜的某些加工的制備關(guān)鍵技術(shù)，還沒(méi)有完全解決，導(dǎo)致實(shí)際市場(chǎng)的規(guī)模低于預(yù)測(cè)的結(jié)果，但人們十分清楚，某些問(wèn)題的解決將會(huì)使金剛石膜市場(chǎng)成倍，甚至成數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)。
可以預(yù)期，通過(guò)在金剛石膜科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中從事應(yīng)用基礎(chǔ)研究的我國(guó)科學(xué)工作者的共同努力，將會(huì)有更多的研究成果達(dá)到國(guó)際前沿的研究水平，從而推動(dòng)我國(guó)CVD金剛石膜這一重要的新型功能材料領(lǐng)域中的技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)形成作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
6、21世紀(jì)的“工業(yè)維他命”—納米結(jié)構(gòu)金剛石
納米結(jié)構(gòu)金剛石是一種兼具有金剛石和納米顆粒雙重特性的新型材料。這種金剛石自然界不蘊(yùn)藏，靜壓法也制造不出來(lái)，由于其生長(zhǎng)條件苛刻，所以其合成技術(shù)直到1987年才由俄羅斯在實(shí)驗(yàn)室率先研制成功，90年代初才投入批量生產(chǎn)。1993年中科院蘭州化學(xué)物理研究所，在國(guó)內(nèi)首先用炸藥爆轟法合成得到了平均粒徑為1—10nm的納米結(jié)構(gòu)金剛石。據(jù)了解目前從事這一研究的單位還有：中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院、北京理工大學(xué)、東南大學(xué)材料系、西南流體物理研究所、西北核技研究所、北京溥澤科技開(kāi)發(fā)中心等�？梢�(jiàn)，一支高素質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)金剛石研究開(kāi)發(fā)技術(shù)隊(duì)伍已基本形成，并在爆轟技術(shù)、機(jī)理研究、提純處理、物理測(cè)試等方面取得可喜進(jìn)展。
炸藥爆炸合成金剛石的方法與傳統(tǒng)的石墨相變法（包括靜壓法和動(dòng)壓法）和化學(xué)氣相沉積（CVD）法不同，它是以負(fù)氧平衡炸藥TNT和黑索金RDX經(jīng)一定比例混配作原料（其中TNT為碳源，RDX為高壓源），置入密閉爆炸罐中，內(nèi)充惰性氣體（如CO和N），通過(guò)引爆和一定的爆溫（3000—5000K）爆壓（20—30Gpa)控制，有機(jī)炸藥分子解離成碳原子或是原子團(tuán)，在短瞬間（若干微秒）冷卻，收集爆炸固相（爆轟灰）；除去雷管導(dǎo)索等雜質(zhì)，用強(qiáng)酸除去無(wú)定形碳及金屬雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗至中性，即可得到納米結(jié)構(gòu)金剛石。
為了解納米結(jié)構(gòu)金剛石特性，人們利用X射線衍射、透射電鏡、激光拉曼光譜、紅外吸收光譜、差熱和熱失重等對(duì)納米結(jié)構(gòu)金剛石的特性進(jìn)行了表征，分析了不同合成條件對(duì)納米結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。
納米結(jié)構(gòu)金剛石的應(yīng)用在美、日、俄、烏等國(guó)家已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。我國(guó)開(kāi)展納米結(jié)構(gòu)金剛石應(yīng)用研究雖然起步較晚，但經(jīng)過(guò)努力也已取得成果，例如，第二炮兵工程學(xué)院與西安交大合作，研究開(kāi)發(fā)了一種高效專用內(nèi)燃機(jī)磨合油，顯著縮短磨合時(shí)間，提高磨合品質(zhì)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)配合副表面耐磨性能；與第四軍醫(yī)大學(xué)合作，把納米結(jié)構(gòu)金剛石作為生物抗體的載體，因它具有很好的表面惰性，不含重金屬雜質(zhì)，不會(huì)使生物抗體發(fā)生結(jié)構(gòu)和性能上的變化，不會(huì)影響其功能的發(fā)揮，有可能在醫(yī)療上得到廣泛的應(yīng)用；中科院蘭州化學(xué)物理研究所、西安核技術(shù)研究所在復(fù)合鍍層、橡膠和樹(shù)脂增強(qiáng)方面作了有益嘗試，哈爾濱工業(yè)大學(xué)用含有納米結(jié)構(gòu)金剛石的研磨液對(duì)陶瓷滾珠進(jìn)行磁流體研磨，得到了粗糙度只有0.013μm的表面等等。以上應(yīng)用只是個(gè)初步的，但是個(gè)良好的開(kāi)端。納米結(jié)構(gòu)金剛石能否產(chǎn)業(yè)化，主要取決于應(yīng)用。因此，加大納米結(jié)構(gòu)金剛石應(yīng)用技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)力度則是關(guān)鍵，而實(shí)行科研、生產(chǎn)、應(yīng)用的“三結(jié)合”對(duì)加速應(yīng)用步伐又是十分重要的。
綜上所述
1. 需求拉動(dòng)了超硬材料的發(fā)展，而超硬材料的發(fā)展又推動(dòng)著機(jī)械加工技術(shù)、地質(zhì)和石油鉆探技術(shù)，以及石材加工技術(shù)等的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。
2. 隨著超硬材料合成技術(shù)的不斷發(fā)展，物性研究的不斷深入，將為其應(yīng)用領(lǐng)域的繼續(xù)擴(kuò)大提供了可能。因此，我們應(yīng)該積極能動(dòng)的去搜索，去發(fā)現(xiàn)，去開(kāi)拓它的應(yīng)用，以求擴(kuò)大其新的需求。
3. 超硬材料未來(lái)的發(fā)展，仍離不開(kāi)應(yīng)用的需求，由于超硬材料所具有的一系列優(yōu)異技術(shù)特性，隨著現(xiàn)代化工程技術(shù)的高速發(fā)展，可以肯定它的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越寬的。
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