发展的中国超硬材料工业

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1、发展的中国超硬材料工业1、引言自1963年第一颗人造金刚石在华夏大地诞生后，经历37年的不平凡历程，取得举世瞩目的成就，归纳起来大致有以下几点：1.1已形成以高技术产业，合成技术经过三次大的飞跃，使得这门跨多种学科的技术变得越来越完整，越来越成熟起来。1.2已成为世界上中、低档次人造金刚石单晶（包括粗制微粉）的生产和出口大国：CVD薄膜的工业化生产正在逐步展开；纳米结构金刚石产业化条件基本具备，应用开发正在策划之中；立方氮化硼生产有所发展，仍不理想，但潜在前景很好；PCD成功地用于地质、石油钻探，是世界金刚石钻探发展中一大创举，对推动我国和世界金刚石钻探技术的发展做

2、出了重大历史性贡献。物换星移，世纪交替，回顾以往的成就固然可喜，但展望未来的任务更为艰巨。我们需要追忆的往事很多很多，本文仅就超硬材料的发展问题做一简要综述。2、人造金刚石的需求与发展有需求就有发展，这点从我国人造金刚石发展历程可得到充分说明。第一阶段：硬质合金的机械加工引发了我国人造金刚石发展的起步。第二阶段：发展的主要动力来自地质钻探对高品质金刚石的需求。60年代末，我国探矿工作者认识到，要发展我国钻探事业，靠进口天然金刚石是不行的，必须走自力更生的道路，立足于国内人造金刚石制造地质钻头。经过三年的推广表明，人造金刚石钻头可以钻进坚硬地层，在坑钻进中能打任意角度

3、的钻孔（钢粒钻进无法解决），实现了“以钻代坑”，人造金刚石钻进完全可以取代钢粒钻进，有其不可比拟的优越性，与天然金刚石钻头比较，成本低，效率高，适应范围广。随着人造金刚石钻探的逐步推广，钻探台日效率逐年提高，钻孔质量也相应提高，单位成本下降，人造金刚石钻探优势充分显示出来。我们的实践结论是，由于地质钻探的需要，推动了我国人造金刚石的发展，人造金刚石的发展，又促进地质钻探技术的不断发展与提高。3.立方氮化硼生产有所发展、应用潜在市场很大立方氮化硼（CBN）是1957年，由美国G.E.Co首先研制成功的高科技磨削材料。它的问世给硬韧难加工材料的加工带来了革命性变革，它不

4、仅大大提高了劳动生产率、加工精度和加工质量，而且减轻了能量消耗和环境污染。因此，世界工业发达国家投入了大量的人力、物力进行CBN及制品的开发和应用研究。1966年CBN在郑州磨料磨具磨削研究所问世，1983年完成高品级CBN的研制，1994年又完成了微晶立方氮化硼的科研任务。通过实验研究，该课题所制得的CBN微晶，在主要性能上接近G.E.CoCBN550产品水平。自1966年我国研究成功立方氮化硼后至今已有34个年头了，经过34年的发展，始终没有形成规模生产的格局，CBN生产的总态势是分散附属在为数不多的金刚石生产企业中，生产量小、品种单一、品级不高。虽然在此期间国

5、内推出了一些CBN及其制品的科研成果，但得到推广的不多，从而严重地制约着CBN的发展。4.1石油和地质钻头PCD1972年成功地用于地质钻探，在国外无此先例，另PCD用于钻头内外径的保径及可制成扩孔器，亦属我国首创。1975年《人民日报》称人造金刚石已成套地用于地质钻探（包括人造金刚石单晶和多晶金刚石、钻头制造、钻进工艺），不仅是中国的技术进步，也推动了其他国家将人造金刚石用于地质钻探的步伐。1975年PCD成功用于石油钻探，在胜利油田用喷射式三刮刀PCD钻头，一只钻头可钻穿三组地层，每只钻头进尺2400米以上，最高可达3135米，时效60米/时（平均），与硬质合金

6、三刮刀钻头相比，每口井当时可节约2万元，时间节省78%。与牙轮钻为主的井相比，可节约成本137-226%，时间可节约5-8天。1987年在胜利油田渤南地区会战中，有55口井从二开使用这种钻打到井深2000—2600米、平均单只进尺2104.77米，与同地相同井段使用的P型牙轮钻头相比，机械转速提高70%，每米钻进成本可减少14.9元，降低34.41%。渤南会战共使用127只PCD刮刀钻头，累计进尺222,631米，占钻井总进尺的40.1%，可节省钻井费用330多万元。据不完全统计，14年来仅在胜利油田共推广应用4000多只PCD刮刀钻头，总进尺800多万米，与牙轮钻

7、头相比，以每米钻进成本减少14.9元计，可节省钻井费用约1亿1920万元，并为胜利油田实现钻井速度翻番和钻井速度连续8年稳居全国同行业之首发挥了重要的作用。4.2切削刀具80年代中期，我国已开始进行PCD和PCBN刀具的研制，PCD和PCBN刀具的需求以汽车和摩托车制造厂和其另配件生产企业为主，大约占整个国内的需求的80%以上，其余分布在家用气器、通用机械等行业，需求量逐年上升，80年代每年2000—3000把，到97年大约需求26000把。欧洲工具制造商对PDC和硬质合金工具寿命做了比较，表明PDC工具长10倍，这些数据基于一定范围的木制品的平均结果，包括中密