○金剛石產(chǎn)業(yè)哪兒最“硬”？
       ○國內(nèi)要看河南 河南還看鄭州
       “鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永留傳”，在生活中鉆石是財(cái)富和愛情的象征。而鉆石呢，就是經(jīng)過琢磨的金剛石。
       金剛石是自然界已知最硬的物質(zhì)，很多人對(duì)它們充滿了好奇。在位于鄭州的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，有一幫人每天和金剛石打交道，他們是研究超硬材料磨具的科學(xué)家。
       小到手機(jī)屏幕，大到航天零部件，都需要采用超硬材料磨具進(jìn)行磨削加工，想把一切材料打磨好的科學(xué)家們，也為我們揭示了鉆石的另一面。
       他們已對(duì)鉆石
       “沒感覺”
       “趙哥，你結(jié)婚鉆戒也沒有給老婆買，她是怎么同意的？”正在籌備婚事的小李，向已經(jīng)結(jié)婚生子的同齡人趙炯“請(qǐng)教”經(jīng)驗(yàn)。
       “很簡單，你就給女朋友解釋一下，咱每天和金剛石打交道，鉆石雖然比金剛石純度比高、晶型好，但畢竟都是碳元素，沒啥本質(zhì)區(qū)別。”趙炯說，錢多得花不完可以買，手頭緊張就沒必要了。
       趙炯和小李，都在位于鄭州高新區(qū)的超硬材料磨具國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（簡稱實(shí)驗(yàn)室）上班。
       實(shí)驗(yàn)室的主要研究對(duì)象，就是金剛石（主要是人造金剛石）、立方氮化硼這類超硬材料，根據(jù)生產(chǎn)要求開發(fā)出超硬材料磨具。
       金剛石是自然界已知最硬的物質(zhì)，在生產(chǎn)中，一些零部件是用鈦合金制造的，耐高溫的合金還有高溫陶瓷加工而成，這就需要用上以金剛石為原材料的超硬材料磨具進(jìn)行加工，從而讓生產(chǎn)更加高效、節(jié)約。
       而所有的這些磨具，還廣泛應(yīng)用于航空航天、電子信息、汽車制造、制冷、光伏等行業(yè)零部件的精密、高效、綠色加工。
       這兒的科學(xué)家都研究啥
       要想完成高效、節(jié)約生產(chǎn)，離不開實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家們不斷攻克行業(yè)難題。比如研究“新型超硬磨具設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造技術(shù)與理論”、“超硬磨具磨削技術(shù)與理論”等。
       科學(xué)家們還需要通過對(duì)陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑、電鍍金屬結(jié)合劑配方進(jìn)行研究，把金剛石等制成超硬材料磨具。
       那些結(jié)合劑，其實(shí)就是黏結(jié)劑。因?yàn)榻饎偸土⒎降鸲际穷w粒狀，都沒有支撐，需要將其黏結(jié)形成塊狀的產(chǎn)品，然后再做成磨具。
       用黏合劑把金剛石黏合做成磨具，聽起來那么簡單，難道還需要專門的國字頭實(shí)驗(yàn)室來做研究嗎？
       回答是肯定的。之所以開發(fā)超硬材料磨具，是因?yàn)樾碌目萍紤?yīng)用需要新的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行匹配生產(chǎn)，這就對(duì)超硬材料磨具本身的技術(shù)提出了要求。
       比如開發(fā)碳纖維機(jī)體砂輪，就用在汽車曲軸等加工上，而通過對(duì)金剛石、立方氮化硼的應(yīng)用研究，也能做出打磨航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、玻璃切槽磨具等。
       航天航空材料最需“耐磨”
       航空航天零部件，很多是用鈦合金、鎳合金、碳纖維等硬度很高的材料制作而成，而且做出來的零部件比較復(fù)雜。
       比如，航天航空上用的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，有很多是先用模具壓出后，再磨削以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而普通磨削工具對(duì)這些材料的磨削效率非常低，損耗也大，要解決這些難題，就需要超硬材料磨具。
       “其實(shí)，對(duì)超硬材料磨具的需求，還出現(xiàn)在手機(jī)生產(chǎn)中。”實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師王志強(qiáng)說，從藍(lán)寶石手機(jī)屏幕的切割磨削，到手機(jī)芯片、CPU等精密儀器的制造，都離不開這類高精密磨削工具，“像蘋果、樂視、華為等手機(jī)，在一些生產(chǎn)過程中，都曾使用過我們實(shí)驗(yàn)室攻克的高精密分割技術(shù)”。
       “微米砂輪”填補(bǔ)國內(nèi)空白
       實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)工程師夏舉學(xué)，主要研究方向就是藍(lán)寶石倒邊加工磨具。
       他所在的團(tuán)隊(duì)，會(huì)根據(jù)客戶的要求做出相應(yīng)的耐磨藍(lán)寶石磨削工具，幫客戶制作出達(dá)標(biāo)的藍(lán)寶石產(chǎn)品。
       在夏舉學(xué)和他的同事眼中，藍(lán)寶石就是氧化鋁，鉆石就是高品質(zhì)的金剛石。在很多人的觀念中，生產(chǎn)磨具就是做砂輪，而他們也是做砂輪。
       其實(shí)，砂輪只是一個(gè)通俗的叫法，別忘了他們的實(shí)驗(yàn)室名字的最前面，還有“超硬材料”四個(gè)字。他們的實(shí)驗(yàn)室，就是專門“啃硬骨頭”的。
       據(jù)該實(shí)驗(yàn)室工作人員介紹，實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)目組攻克的難題，也曾填補(bǔ)多個(gè)國內(nèi)空白。比如實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的主要用在芯片制作前端的晶圓制作的15～60微米電鍍超薄金剛石切割砂輪，“這種技術(shù)，也已達(dá)到國際先進(jìn)水平，打破了長期以來國外發(fā)達(dá)國家對(duì)我國的技術(shù)封鎖”。
       “以前，我們國家沒有制作這類砂輪的成型、燒結(jié)工藝。”高級(jí)工程師王志強(qiáng)說，實(shí)驗(yàn)室掌握的這門技術(shù)，改變了我國電子信息產(chǎn)業(yè)集成電路分割用金剛石切割砂輪全部依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，也解決了集成電路晶圓高精密分割的技術(shù)難題，而超硬材料磨具的未來，就是對(duì)電子信息行業(yè)磨具的開發(fā)，“因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)磨削類型比較多，遇到的磨削問題還有很多需要逐個(gè)攻克”。
       科學(xué)家談鉆石 詳解啥是人造與天然
       接觸了超硬材料磨具國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們，忍不住會(huì)向他們了解些與鉆石有關(guān)的知識(shí)。雖然，這些可能并不是他們的研究方向，但與一般人比起來，作為每天和金剛石打交道的科學(xué)家，對(duì)鉆石，他們會(huì)怎么看？ □東方今報(bào)記者 章衡/文 張曉冬/圖
       ◎人造鉆石影響鉆石市值
       鉆石形成于地球內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境，因?yàn)閷?duì)形成條件要求高，導(dǎo)致其數(shù)量稀少，在人類社會(huì)中鉆石也被認(rèn)為是高貴的象征。
       但在實(shí)驗(yàn)室工程師看來，人造鉆石就是石墨同素異形轉(zhuǎn)變物。
       “2014年，人造鉆石開始火起來。” 實(shí)驗(yàn)室工程師祝小威說，生產(chǎn)人造鉆石，需要使用六面頂壓機(jī)，上下左右前后，從六個(gè)面全方位向機(jī)器中間放的石墨按審定好的升溫曲線和升壓曲線加熱加壓，“但如果僅僅是壓的話，效率會(huì)比較低，這就需要觸媒提高效率，提升鉆石顆粒”。
       隨著工藝的進(jìn)步，很多金剛石生產(chǎn)廠家有了生產(chǎn)大直徑鉆石的能力，而純度比較高、晶型比較好的寶石級(jí)鉆石的價(jià)位，更是吸引了眾多廠家加入生產(chǎn)人造鉆石的大軍之中。
       本來稀少的東西竟然開始批量生產(chǎn)，這些人造鉆石投入市場后，對(duì)鉆石的價(jià)格會(huì)產(chǎn)生多大影響呢？
       祝小威告訴記者，這肯定會(huì)很大程度上沖擊鉆石價(jià)格，未來普通鉆石的價(jià)格，可能會(huì)降低三分之一。“但鉆石分好多等級(jí)，寶石級(jí)的鉆石還是很珍貴的”。
       ◎鉆石的人造和天然咋區(qū)別
       祝小威透露，現(xiàn)在行業(yè)也在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就像轉(zhuǎn)基因食品一樣，在出售時(shí)也必須標(biāo)明“哪些是人造鉆石，哪些是天然鉆石”，“人造鉆石成品肯定比天然鉆石要便宜，不過，若不借助專業(yè)的鑒定儀器，普通人很難看出天然鉆石和人造鉆石的區(qū)別”。
       既然普通人很難區(qū)分人造鉆石和天然鉆石，那么整天和金剛石打交道的科學(xué)家們能鑒別其真?zhèn)螁幔?br />        “人造鉆石在合成時(shí)，觸媒的類型有很多種，其成分也不一樣。而那些合成石觸媒，也有可能會(huì)沁到金剛石里面，人造鉆石的硬度和耐高溫性，也都沒有天然金剛石高。” 實(shí)驗(yàn)室工程師趙炯說，雖然人造鉆石和天然鉆石都是透明的，但因?yàn)橛|媒的原因，有些人造鉆石成品在顏色上會(huì)和天然鉆石有差別，這個(gè)比較好鑒別。但如果是純度比較高的人造鉆石，目前國內(nèi)是檢測不出來的，需要拿到國外一些鑒定機(jī)構(gòu)去檢測，才能鑒定是否為人造鉆石。
       ◎隕石會(huì)為我們帶來鉆石嗎
       對(duì)于“為什么南非盛產(chǎn)鉆石”這個(gè)話題，每天和鉆石打交道的多位工程師認(rèn)為，這是由于南非曾經(jīng)是地殼運(yùn)動(dòng)非常活躍的地區(qū)，“地殼運(yùn)動(dòng)正好可以滿足鉆石形成所需要的高溫高壓條件”。
       對(duì)于隕石的成分，很多人也非常好奇，而隕石在沖向地球時(shí)會(huì)有高溫，在撞擊地球時(shí)也會(huì)產(chǎn)生壓力，那么，隕石會(huì)為我們帶來鉆石嗎？
       實(shí)驗(yàn)室的工程師稱，隕石不僅僅在撞擊地球時(shí)會(huì)有高壓，其實(shí)在進(jìn)入大氣層時(shí)就已經(jīng)承受了巨大的壓力，而且在和大氣層摩擦過程中，也有壓力產(chǎn)生，這樣計(jì)算下來，天然鉆石產(chǎn)生所需要的高溫高壓，隕石都有，“隕石帶來鉆石還是很有可能的”。