摘要 从1991年开始算起,CVD金刚石项目已走过了22个春秋。时至今日渐渐有了起色,而这不过几年光景。展望未来,现犹如刚刚站立起来蹒跚学步的孩童。回顾过去,总结几点和大家共勉。一、抓机...
从1991年开始算起,CVD金刚石项目已走过了22个春秋。时至今日渐渐有了起色,而这不过几年光景。展望未来,现犹如刚刚站立起来蹒跚学步的孩童。回顾过去,总结几点和大家共勉。一、抓机遇,迎挑战,担当国家“863”计划重大攻关项目
人造金刚石的合成办法很多,仅化学气相沉积(CVD)金刚石膜的方法就有十几种。我所现在所采用的是直流等离子体喷射化学气相沉积(DC—PJCVD)技术。二十世纪九十年代初期该技术在国内鲜有人尝试。1993年北京科技大学的李惠琪博士通过等离子体切割机的宣传广告了解到我所在等离子体技术方面的优势,亲自到石家庄,希望能通过切割机的改造,作为“直流等离子体喷射化学气相沉积的方法制备金刚石”的试验点。接洽的第二天即签订了合作协议。这是我所金刚石项目的开端。
我所的科研人员义无反顾涉足了一个陌生领域。
凭着多年研制等离子体切割机的技术功底和一些简单的国外文献、图片,开始了夜以继日的探索。经过近一年的努力,第一台直流等离子体喷射化学气相沉积金刚石膜制备设备装配成功,第一片直径为30mm的金刚石膜新鲜出炉。等离子炬的研制成功是该设备的关键,“一种等离子炬”在1998年取得了国家发明专利证书。除此,炉体采用气体循环方式是一大创新,它大大节约了气体用量;在如何实现气体平衡方面也属独创。相比国外同类产品装置最简化、最实用。这台设备,河北省科学院激光研究所拥有完全自主知识产权。曙光初现,令大家欢欣鼓舞。
1994年8月25日,“金刚石膜制备关键设备” 立项论证会在北京召开。第一方案已确定由中科院合肥等离子体研究所承担。会议到此就该结束了。在这紧要关头我所金刚石项目室主任李国华站了起来,被其他专家带入会场本没有发言资格的他,要求介绍一年来的科研情况和所取得的成效,并恳请各位专家给一个机会,一个投标的机会,一个参与竞争的机会......。为其恳切的发言和扎实的工作所打动,“863”计划项目专家组批准河北省科学院激光研究所作为该项目的预研单位参与投标。
1995年5月6日是“863”计划项目专家组来所验收评审的日子。意外发生了,就在这前一天设备出现故障,等离子炬无法放电。心急如焚。全体科研人员连夜寻找原因,直到天光大亮最后确定是因气路被油堵塞,故障终于被排除,这时距专家组到达现场仅剩3个小时。其它一切顺利,专家非常满意。就这样,“863”计划项目——“金刚石制备关键设备的研制”由河北省科学院激光研究所承担下来。在当时,成为了河北省第一家承担我国“863”计划项目的单位。获得“863”计划的支持后,全体动员,分组攻关,开始研制功率为100KW的制膜设备,用了半年的时间装备成功,可制备直径为100mm的金刚石膜。
2006年1月30日林兰英、师昌绪、蒋民华等六位院士来到现场组织验收。通过察看制备过程、金刚石膜产品,观看照片、录像,最后专家委员会给予了很高评价:“高功率直流等离子体喷射CVD设备的研制成功,使我们成为继美国两家公司之后,第三家能独立设计、制造同类设备的单位。它不仅为金刚石膜工具和热沉应用提供了备选的工业化制备技术,而且为今后光学应用奠定了基础。”
通过承担“863”计划项目,一下让我们站上了科研的高地,走进了国际先进行列,处于国内领先水平,为河北省科学院、为激光所赢得了声誉,为金刚石项目争取后续资金支持创造了有利条件。承担“863”计划以来,金刚石项目先后从国家、省及科学院获得600余万元的资金支持。该项目及其相关课题先后获得六个省部级科技进步奖,其中1997年度获河北省科技进步一等奖。
二、坚忍不拔,攻坚克难,走上产业化道路
科研无坦途,产业更艰难。产业化的思路,早在1996年夏天与北科大签署的合作协议中已提了出来。1997年获省科技进步一等奖以后,就考虑具体落实。当时的想法是实现两个产业化:一是设备的产业化;二是金刚石膜产品的产业化。
1999年第一批金刚石膜产品开始推向市场,首先瞄准在拉丝模上的应用。当时河北河涧地区应用比较集中,科研人员自己跑河涧,找市场。终于有了零星试用,不料临近春节出现大量退货。拔丝质量差,表面不光滑:产品质量有问题。经分析,这是由金刚石膜致密度不够,晶界过大,容易掉钻儿导致的。
屋漏偏逢连阴雨。2000年河北省科学院激光研究所整体转制为科技型企业。转制为我们带来了巨大困难,首先事业经费没有了,面临自收自支、自负盈亏的生存压力;转制为企业,人心浮动,骨干流失。起始就参与金刚石项目的科研人员,到转制后的几年退休的退休、调离的调离几乎有半数流失,仅有的3名研究生也在这时弃之而去。
产品不过硬,市场没打开;经费没有了;人才流失了:困难重重,步履维艰。
项目的主持人留下了,部分科研骨干留下了,他们也曾面临种种诱惑和压力。多年的心血,多年的感情,他们要与项目共生死,与项目共荣辱,他们要对这个项目负责,要对科学院、对激光所、对这个团队负责。这个团队虽遭受重创但并没有被瓦解。从艰难中爬过来的团队,必定是一个负责任的团队,必定是一个敢于担当的团队,必定是一个充满了希望和信心的团队!
通过卖设备、争取科研经费、切割机收入的补贴等维持了科研开发工作的运转,逐步将这个团队带出了艰险的沼泽地。制膜设备主要销售给用于研究的高校或科研院所,尽管潜在市场竞争的风险不大,但也是为求生存不得已而为之。多种渠道争取的科研资金,尽管量不大,在最困难的几年里发挥了不小的作用。等离子体研究室靠空气等离子切割机起家,当时切割机的效益也不算好,但它还得挤出部分收入用于金刚石项目的研发。
怨天尤人无济于事。转制为企业,目光就要聚焦于市场。在市场上遭遇了挫折,尽管令人气丧,但走产业化的路子成了唯一的选择,也是检验科研水平的试金石。首先,根据客户提出的问题和意见,有针对性的解决金刚石膜致密度不高的问题,重新设计等离子炬,改进工艺。
2003年下半年拉丝模芯应用成功,效果明显优于高温高压等方法制备的金刚石。通过承担“化学气相沉积金刚石厚膜(CVDD)的完整性研究”、“化学气相沉积金刚石厚膜工艺研究”、“工具级CVD金刚石生产质量控制技术研究”以及成果转化项目等在围绕产业化展开了一系列的工艺研究。固化工艺,以适应规模生产的要求;工艺各参数的精准量化,以适应制备不同规格的要求;优化工艺,以提高成品率,提升竞争力;完善后续加工手段,以满足客户的不同要求。
在改进设备、完善工艺的同时,我们仍不断留意国外同行进展情况。经领导介绍,自2001年起留学英国的燕山大学张博士连续三年来我所绍介国外金刚石行业动态及自己在修整器领域的研究情况,同时也有部分产品作为修整器坯料在欧洲市场试销。
2005年金刚石膜产品的销售收入已基本能够维持研究室的正常运转,镀膜设备业已停止对外销售。
2006年是转机之年。
这一年在全球率先推出了透明的机械级CVD金刚石。
这一年我们的科研人员第一次走出国门推销自己。
作为工具级金刚石以其极高的性价比引起欧美市场的广泛关注,并很快取得了全球领先的市场份额,成为世界范围内少数能生产高品级CVD金刚石的厂商之一。
根据其应用领域区分,现主要提供以下几类系列产品:一、主要用于精密机械加工的工具级金刚石膜,如修整器坯料、耐磨器件、刀具坯料。其中出口国外的高性能的金刚石坯料用于制造高精密的修整滚轮,为数控全自动磨床各种复杂形面的砂轮做精密修整。二、用于散热的热学级金刚石膜,它是大功率发光二极管优异的散热材料。某科研机构利用它开展微波功率器件研究,有望成为新一代重要的散热材料。三、作为光学窗口的光学级金刚石膜,主要应用于高功率激光器窗口,高速飞行器窗口,核聚变反应堆窗口材料等。四、作为声学材料,主要制作高档高音喇叭振动膜,提高高音的截止频率和解析力。
通过二十余的刻苦攻关和不懈努力,终于在市场与科研之间逐步建立起了良性互动关系。现在我们可以批量生产不同规格的拉丝模芯、修整器坯料、热沉膜以及部分光学膜。在国内外享有较高的知名度,在国际市场上具有显著的竞争优势。
三、转换发展模式,为产业发展插上腾飞的翅膀
2009年春暖花开之际,河北普莱斯曼金刚石科技有限公司诞生了。
为了给金刚石项目创造良好的发展环境,在院领导的大力支持下,以原金刚石项目组为核心组建了有限责任公司。希望通过创建现代企业管理制度,保障金刚石项目的健康快速发展。
十年磨一剑。十几年的风雨历程可谓艰辛,但最终还是走出了一条属于自己的道路。公司一成立即遭遇了全球金融危机,也因产品单一、客户单一遭受了一定影响,但销售量仍以每年30%的速度递增。公司秉持创一流产品,创一流管理的发展理念,力争再经过几年的努力,研制成功大颗粒的宝石级金刚石和应用于科研等高端领域的光学级金刚石膜,为金刚石的热、光、电、声等功能应用创造更加良好条件,迎接金刚石时代的到来。(摘自《中国超硬材料工业五十年》)