最近幾年，超材料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步可圈可點，如金剛石大單晶．隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)，組鋸，精密加工金剛石工具，整體PCBN、NPD等，其它產(chǎn)品也穩(wěn)中有進(jìn)．未來超材料行業(yè)將進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展格局，既要發(fā)展高制品，又要開拓超制品用新領(lǐng)域，擴大在密加工，手機背板陶瓷材料，人造石，工程機械，石墨烯等領(lǐng)域的應(yīng)用，同時要增強超材料在功能應(yīng)用方向開發(fā)并重視產(chǎn)品細(xì)節(jié)，加強質(zhì)量控制。整個行業(yè)要加黜性研和實創(chuàng)戰(zhàn)略，并要合關(guān)，加運作和，以實我材料及品由大國向強的轉(zhuǎn)變。
我國己由超硬材料生產(chǎn)大國逐步進(jìn)人了強國行列。主要特征是；六面頂壓機全面取代兩面頂成為世界主流合成設(shè)備，產(chǎn)品系列己基本滿足使用要求，綜合性能指標(biāo)與國外己無實質(zhì)性差異。但制品總體上仍處于生產(chǎn)大國，不是強國上。主要特征是；高端制品仍大量進(jìn)口，價格居高，許多核心技術(shù)仍由國外掌控，國內(nèi)原創(chuàng)技術(shù)不多。但國內(nèi)近幾年來也有許多技術(shù)進(jìn)步可圈可點，與國外的差距有所縮小，剖分產(chǎn)品己全面取代進(jìn)口。
1超硬材料行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1超硬材料
1.1.1金剛石大單晶和CBN取得突破性進(jìn)展
近幾年，金剛石大單晶合成技術(shù)己成熟，2～3mm尺寸的無色透明大單晶（白鉆）己大批量生產(chǎn)，生4～5mm的單晶也能量產(chǎn)，但限于市場因素和客戶的心理接受程度，其市場規(guī)模仍較小。更大尺寸的單晶已開展實驗工作，合成技術(shù)尚不成熟。目前行業(yè)約有2500～3000臺壓機用于金剛石大單晶的合成。行業(yè)內(nèi)已有快速鑒定天然與合成鉆石的設(shè)備，約為20萬/臺，預(yù)計很快投向市場。國內(nèi)的大單晶主要銷往印度，目前，0.3～0.5ct的單晶銷量最好，大剖分采用現(xiàn)金交易。大單晶主要用于錢包、手表、皮帶等的裝飾，價格近年來下以較快，目前己接近成本水平。我國的CBN單晶產(chǎn)品系列化取得重大進(jìn)展，產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，大量出口，全球市場占有率己處絕對優(yōu)勢。大尺寸CBN單晶的研宄也取得一定的進(jìn)展，完整晶形達(dá)到1mm以上的大尺寸單晶已能合成，更大尺寸的CBN單晶也在研發(fā)中。
1.1.2 PCD正縮小與國外產(chǎn)品差距
最近幾年國內(nèi)的PCD合成技術(shù)發(fā)展很快，正在縮小與國外產(chǎn)品的差距。10μm以上中粗粒度產(chǎn)品與國外差距不大，基本處于同一水平。5μm以下細(xì)粒度產(chǎn)品與國外產(chǎn)品水平差距較大，尤其是在質(zhì)量穩(wěn)定性方面。1～2μm及以下的PCD片國內(nèi)也能生產(chǎn)，但成品率低、穩(wěn)定性差。另外，國外PCD片最大直徑超過了100mm，主流產(chǎn)品尺寸為60～80mm，而國內(nèi)最大尺寸只能做到60mm左右。高端PCD復(fù)合片目前市場上仍以元素六、DI、住友等公司為主。
1.1.3整體PCBN大量推向市場
目前，加一定比例粘結(jié)劑、去襯底的整體式PcBN已成功應(yīng)用于金屬的粗加工，其合成條件低，燒結(jié)溫度約為1300℃～1500℃，壓力在4～5GPa左右。去襯底化、無結(jié)合劑化的PCD/PcBN是今后的發(fā)展趨勢。
1.1.4石油鉆井用PDC與國外的差距進(jìn)一步縮小
國內(nèi)石油鉆井用PDC的產(chǎn)品質(zhì)量己達(dá)到國外同類產(chǎn)品水半，性能相差不大，差距主要體現(xiàn)在質(zhì)量穩(wěn)定性方面。價格約為國外產(chǎn)品的80％。
1.1.5 NPD國內(nèi)研發(fā)成功，正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化測試
目前，國外的NPD產(chǎn)品己達(dá)到厘米級，正逐漸向商業(yè)化邊進(jìn)。國內(nèi)在NPD方面的研發(fā)較晚，目前僅有四川大學(xué)、燕山大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)等單位在開展相關(guān)的研宄工作，有資料表明φ6×6mmNPD已研發(fā)成功，能小批量測試，厘米級的NPD研發(fā)己在進(jìn)行。NPD的合成條件要求較高，壓力在15GPa左右，溫度要達(dá)到2000℃，合成時間在8小時以上。受制于生產(chǎn)成本高等因素，尚未產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
1.1.6CVD金剛石
CVD金剛石在工具及功能材料中的應(yīng)用進(jìn)展不大。工具應(yīng)用方面其市場容量小，國內(nèi)整個行業(yè)產(chǎn)值不超過5000萬元。在功能材料方面,CVD金剛石只在一些特殊場合，如紅外窗口、光刻機等方面有應(yīng)用。CVD的真正優(yōu)勢是應(yīng)用在功能材料方向，超硬材料行業(yè)要加快CVD金剛石生長技術(shù)研宄及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)CVD金剛石在功能材料領(lǐng)域的快速發(fā)展。
1.1.7球齒
最近幾年，國內(nèi)球齒研發(fā)雖有一定的進(jìn)展，但沒有取得突破性應(yīng)用。球齒的應(yīng)用實驗成本高，投入大，短期內(nèi)還難以進(jìn)入盾構(gòu)機等主要工程應(yīng)用領(lǐng)域。
在應(yīng)用方面，有資料表明：在國外，球齒在石油沖擊鉆頭上有應(yīng)用，占油氣井鉆頭產(chǎn)值的10％。國內(nèi)也有相應(yīng)的報道，如某公司生產(chǎn)的球齒己經(jīng)出口歐美市場，年出口量約為2000萬元，主要應(yīng)用在石油鉆頭的非主要部位。
1.2超硬材料制品及技術(shù)
1.2.1隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)有重要突破
近兩三年，隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)取得了重要突破，國內(nèi)己有廠家利用該技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)金剛石鋸片刀頭。隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)能以數(shù)量級幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，并且有利于自動化生產(chǎn)。目前該技術(shù)還有一定的局限性，但整體上看，隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)在超硬材料工具制造方面將會得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
1.2.2組鋸機與組鋸繩成功推向市場
目前組鋸繩規(guī)格為φ（6～7）mm，以切割大型花崗巖為主。組鋸機以28條/組和56條/組為主，正在開發(fā)72條/組的組鋸機。由于組鋸對設(shè)備精度要求很高。特別是對各條繩鋸的質(zhì)量穩(wěn)定性和工作一致性有苛刻的要求，導(dǎo)致組鋸尚未大規(guī)模應(yīng)用。
組鋸技術(shù)研發(fā)成功，是對大板切割工藝的一項重要創(chuàng)新，標(biāo)志著我國金剛石繩鋸全面進(jìn)入世界先進(jìn)水平。
1.2.3金剛石玻璃磨邊輪和打孔鉆具有國際市場定價權(quán)
玻璃加工用青銅基磨邊輪和打孔鉆，國內(nèi)產(chǎn)品性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，特別是在加工效率方面己遠(yuǎn)超國外同類產(chǎn)品。國內(nèi)磨邊輪的正常加工效率為12～15m/min，是相同加工條件下國外產(chǎn)品的3～4倍。國內(nèi)該產(chǎn)品具有國際市場定價權(quán)。
樹脂基磨邊輪，國內(nèi)產(chǎn)品與國外的相比尚有一定的差距，主要體現(xiàn)在：大面積接觸加工時產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性尚待提高。整體而言，這種差距明顯在縮小。
1.2.4電鍍金剛石線鋸成功應(yīng)用于多晶硅切片
2016年下半年，多晶硅切片的后續(xù)工藝--黑硅技術(shù)己成熟并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，解決了金剛石線切割多晶硅片時降低光電轉(zhuǎn)化率的瓶頸問題，為金剛石線在多晶硅切片領(lǐng)域的應(yīng)用打開了市場。
目前，單晶硅和多晶硅的市場比大概為3：7，隨著黑硅技術(shù)的突破及線鋸技術(shù)水半的提高，預(yù)計金剛石線在多晶硅切片市場將迎來爆發(fā)式增長。以目前的0.2元/米的價格估算，預(yù)計全球年消耗量會達(dá)到100億元。線鋸的發(fā)展前景良好。
1.2.5cBN砂輪進(jìn)入相對平衡發(fā)展階段
國內(nèi)cBN砂輪進(jìn)入相對半衡發(fā)展階段，技術(shù)穩(wěn)定性有明顯提高，許多產(chǎn)品與國外產(chǎn)品處于同一水平。特別在高速磨削方面，150-200m/s以上產(chǎn)品在質(zhì)量上己接近進(jìn)口產(chǎn)品水平。由于進(jìn)口設(shè)備的原因，在發(fā)動機部件加工上，仍以進(jìn)口產(chǎn)品為主，國內(nèi)產(chǎn)品主要用于配件加工。在價格上，國內(nèi)產(chǎn)品價格約為進(jìn)口產(chǎn)品的70%-80%。最近幾年國內(nèi)市場竟?fàn)幖ち?，?dǎo)致cBN砂輪價格下跌，產(chǎn)品利潤下降。
1.2.6金剛石鋸片
最近幾年專業(yè)片技術(shù)進(jìn)步明顯，壽命已經(jīng)達(dá)到了3萬-4.5萬m/片，與5年前的使用壽命相比翻倍提高，并且效率也在同步提高。我國的專業(yè)片主要出口北美市場，近年歐洲市場增加很快。部分廠家的技術(shù)與國外處于相同水平，并且領(lǐng)先于韓國等部分國家。通用鋸片的價格已接近成本水平，市場競爭激烈。部分廠家已將生產(chǎn)基地設(shè)在泰國、越南等地，以降低生產(chǎn)成本。
金剛石鋸片必須持續(xù)不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，并且在產(chǎn)品細(xì)節(jié)、工藝等方面有持續(xù)的改進(jìn)，才能在殘酷的市場競爭中占據(jù)一席之地。
1.2.7釬焊金剛石工具
當(dāng)前，單層釬焊技術(shù)已基本成熟，并且有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和生產(chǎn)。單層釬焊金剛石工具加工條件要求高，使用范圍窄，因此產(chǎn)量不高，只能座位特殊用途的一種補充。多層釬焊金剛石工具的制備技術(shù)已成形，但修整困難，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣。
1.2.8陶瓷加工金剛石工具
陶瓷加工用金剛石工具全球市場容量約50億元人民幣。目前中國占全球市場的90%以上，產(chǎn)品種類方面已全部覆蓋。釉磚由于制作方式與普通陶瓷磚不同，花紋多樣，拋光時光亮度高，多采用彈性磨塊干式加工。近年來在干式加工和綠色加工方面取得進(jìn)展。
1.2.9精密加工工具取得重要進(jìn)展
精密加工工具是附加值很高的產(chǎn)品，近幾年取得較大進(jìn)展，如超薄切割片、玻璃加工刀輪、超高速高性能CBN砂輪等。國內(nèi)個別公司的PCBN精密刀具早已進(jìn)入整車市場，用于手機背板加工的PCD刀具也有重大突破。
2 超硬材料行業(yè)技術(shù)發(fā)展展望
2.1 行業(yè)發(fā)展將進(jìn)入相對穩(wěn)定格局
超硬行業(yè)將進(jìn)入相對穩(wěn)定的發(fā)展局面，各企業(yè)獨特的產(chǎn)品優(yōu)勢將更加明顯，行業(yè)分工會進(jìn)一步細(xì)化。在這個過程中，每個企業(yè)將會找準(zhǔn)自己的定位，做出特色、做出優(yōu)勢，并避免盲目的惡性競爭，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。
2.2 發(fā)展高端制品，推動我國超硬制品產(chǎn)業(yè)化向世界強國邁進(jìn)
我國的高端超硬制品，如精密加工工具、專業(yè)鋸片、高速砂輪、細(xì)粒度低含量PCBN等，與國外同類產(chǎn)品相比仍有較大差距。努力提高我國超硬材料及制品的技術(shù)水平，發(fā)展高端制品，已成為迫在眉睫的事。行業(yè)人士應(yīng)重點選擇一些更有發(fā)展前景或有望得到快速應(yīng)用的新產(chǎn)品新技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。
2.2.1 金剛石線鋸
2016年下半年，線鋸切割多晶硅的核心技術(shù)實現(xiàn)突破，金剛石線鋸將全面應(yīng)用于多晶硅切片領(lǐng)域。發(fā)展金剛石長線鋸等高端制品，將會促進(jìn)我國光伏及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于中國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。
另外，金剛石線鋸也可以應(yīng)用于石墨，貴重金屬，晶體，陶瓷，磁性材料等的切割。研發(fā)針對不同形狀、不同材質(zhì)的高端金剛石線，開發(fā)多線、網(wǎng)面切或曲面切等加工方式，是未來超硬制品發(fā)展的一個重要方向。
2.2.2 隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)
利用隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)制備的刀頭在使用性能上已達(dá)到熱壓燒結(jié)同類產(chǎn)品的水平。展現(xiàn)出了極好的發(fā)展前景和市場價值。目前，國內(nèi)只有部分較大規(guī)模的廠家才具備相應(yīng)的設(shè)別及配套技術(shù)。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，隧道窯無壓燒結(jié)技術(shù)必將會有更廣泛的應(yīng)用，在自動化、智能化方面將會有重大突破。
2.2.3 人造金剛石大單晶刀具及功能材料
大單晶刀具適合對表面粗糙度、幾何形狀精度和尺寸精度有較高要求的精密加工領(lǐng)域，可作為特定加工場合的輔助和補充。隨著國內(nèi)大單晶的突破，取代天然單晶刀具是大概率事件。
另外，金剛石大單晶具有熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)等方面的優(yōu)異性能，越是在強酸、強堿、強輻射等極端惡劣條件下，金剛石大單晶的性能就體現(xiàn)的越發(fā)明顯和突出。因此，要重點開發(fā)大尺寸、純度高、晶型完整的單晶，加強其在軍工、航天及窗口材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。
2.2.4 整體PCBN和高端PCBN、PCD
國內(nèi)的整體PCBN已有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但質(zhì)量穩(wěn)定性方面還有待提高，必須通過合理選用原材料、優(yōu)化組裝結(jié)構(gòu)、細(xì)化生產(chǎn)工藝、自動化設(shè)備投入等途徑，來提高和保證其質(zhì)量穩(wěn)定性。高端PCBN和PCD要重視大直徑、細(xì)粒度帶來的均勻性問題及質(zhì)量穩(wěn)定性問題，要進(jìn)一步推動PCBN、PCD刀具代替陶瓷、高速鋼、硬質(zhì)合金等刀具的進(jìn)程。
2.2.5 NPD
未來幾年超硬行業(yè)應(yīng)加大NPD的研發(fā)力度，重點關(guān)注NPD的理論研究和后期加工兩個主要問題，在軍工、航空航天等高端應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用探索，進(jìn)一步培育市場，推動高端NPD的產(chǎn)業(yè)化。
2.2.6 高端PDC和球齒PCD
PDC必須要走高端技術(shù)路線，加快研究，在產(chǎn)品生產(chǎn)階段要嚴(yán)控次品率，確保質(zhì)量穩(wěn)定性。球齒類PCD在技術(shù)研發(fā)的同時需考慮應(yīng)用方向，在擴大應(yīng)用范圍的同時，要重點攻克其在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用。
2.3 開拓超硬制品應(yīng)用新領(lǐng)域
2.3.1 超硬制品應(yīng)進(jìn)一步朝著精密加工領(lǐng)域發(fā)展
早在十年前，國務(wù)院就下發(fā)了國發(fā)【2006】8號文件，明確提出：“發(fā)展精密及超精密技術(shù)，提高機床的可靠性及精度保持技術(shù)。”將精密加工上升到了國家戰(zhàn)略的高度。精密加工必須從超硬行業(yè)開始，而目前國內(nèi)一些高精度高精密金剛石工具，例如超薄切割片、超細(xì)粒度金剛石砂輪、高精度鉆頭等，與國外產(chǎn)品相比仍有較大差距。國內(nèi)的生產(chǎn)單位要瞄準(zhǔn)精密加工超硬制品這個方向來發(fā)展，要在生產(chǎn)過程中制定嚴(yán)格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)程，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。同時要加大對高端設(shè)備的投入力度，從硬件設(shè)施上推動精密加工技術(shù)的發(fā)展。
2.3.2 手機背板陶瓷材料加工領(lǐng)域
在5G通信，無線充電及OLED的快速發(fā)展趨勢下，陶瓷等非金屬材料將逐步替代金屬材料，成為主流背板產(chǎn)品。有資料表明，到2019年，全球電子陶瓷材料的市場空間預(yù)計達(dá)到240億美元左右，我國的電子陶瓷市場規(guī)模將達(dá)到640億元，因此，針對陶瓷背板材料的鉆、磨類金剛石工具將會有較大的市場前景，行業(yè)人士要認(rèn)真審視陶瓷背板的發(fā)展趨勢，提前做好新產(chǎn)品的研發(fā)和戰(zhàn)略部署。
2.3.3 人造石加工領(lǐng)域
人造石主要用在家庭櫥柜、窗臺等地方，目前國內(nèi)人造石使用量有所增加，但整體容量較小，每年約1億平方米。在未來，處于環(huán)保等因素，可能會限制天然石材開采，因此人造石的應(yīng)用有加速發(fā)展的可能，針對人造石加工的金剛石工具也將隨之增長。
2.3.4 擴大超硬制品在工程領(lǐng)域應(yīng)用
除了金剛石球齒類產(chǎn)品應(yīng)用在盾構(gòu)機、路面銑刨機等領(lǐng)域外，要拓展超硬制品在工程施工路領(lǐng)域的新應(yīng)用，如擴大專業(yè)鋸片在橋梁拆遷、建筑工程等場合的應(yīng)用規(guī)模；加快金剛石繩鋸在無損傷施工、沉船打撈等特殊應(yīng)用等。
2.3.5 尋找切入點，實現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)與超硬行業(yè)相結(jié)合
石墨烯產(chǎn)業(yè)已被納入國家戰(zhàn)略布局，是一種前沿新材料。超硬材料行業(yè)要抓住石墨烯發(fā)展的良好機遇，將石墨烯的特殊性能與超硬材料、制品融合起來，這既能最大程度發(fā)揮石墨烯的性能，又能讓超硬材料或制品取得較高的性價比。同時，還要把石墨烯產(chǎn)業(yè)與超硬材料行業(yè)的上下游應(yīng)用完全有機融合，以此來更快推進(jìn)超硬材料行業(yè)的發(fā)展。
2.4 加強超硬材料在功能應(yīng)用方向開發(fā)
金剛石和CBN都具有卓越的特殊性能。如金剛石從深紫外到遠(yuǎn)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(hù)涂層；CBN晶體在高溫高功率寬帶器件、微電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。加強金剛石和CBN功能性研究與應(yīng)用，是行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的重要途徑和方向。
2.5 重視產(chǎn)品細(xì)節(jié)，提高精細(xì)化管理水平，加快自動化、智能化的推進(jìn)速度
超硬材料行業(yè)已經(jīng)普遍意識到了產(chǎn)品細(xì)節(jié)控制的重要性，并且部分廠家已經(jīng)走在了產(chǎn)品細(xì)節(jié)控制的前列，特別是在自動化設(shè)備上以前所未有的粒度進(jìn)行投入。一些廠家的生產(chǎn)環(huán)境相當(dāng)干凈整潔，甚至達(dá)到了“醫(yī)院式”的清潔水平，為產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定打下堅實的基礎(chǔ)。
3.結(jié)束語
超硬材料行業(yè)要抓住國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的良好機遇，攜手共進(jìn)，務(wù)實拼搏，實現(xiàn)我國有超硬材料及制品大國向強國的轉(zhuǎn)變：
（1）加強基礎(chǔ)性研究，主打創(chuàng)新戰(zhàn)略，培養(yǎng)自己的民族品牌。重視超硬材料及制品的基礎(chǔ)研究，提高其理論水平，是我國打破外國技術(shù)封鎖、提高自主研發(fā)水平、由超硬材料大國邁向強國的核心內(nèi)容和必由之路。行業(yè)人士要重視和解決這些問題，不斷地開拓創(chuàng)新，提升產(chǎn)品質(zhì)量和附加值，培育自己的民族品牌，在高端超硬制品領(lǐng)域搶占國際市場。
（2）加強對超硬材料及制品研究投入力度，實施合作攻關(guān)戰(zhàn)略。超硬材料行業(yè)既要充分利用國家重點實驗室、工程中心、技術(shù)創(chuàng)新平臺等有利平臺，實施產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，加大研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化力度，也要加強超硬材料行業(yè)上下游之間產(chǎn)業(yè)鏈的合作，實施全方位、多層次的突破，來真正實現(xiàn)我國的超硬材料強國夢。
（3）加強宣傳與資本運作，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利氛圍和籌集發(fā)展資金。超硬材料行業(yè)既要加強在資本市場的運作，通過資本投入來促進(jìn)技術(shù)水平提高，又要利用各種渠道，加強對各級政府、協(xié)會和行業(yè)組織等的宣傳，擴大超硬材料行業(yè)的影響力，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境。
- -來源于《超硬材料工程》
