我国是超硬材料大国却不是强国,同国际工业先进的国家相比,我国的仍有一定的差距。主要表现在:合成设备吨位小,合成高压反应腔容积小,单次产量低,质量不稳定等。
近年来,我国超硬材料行制造业取得了历史性的的进展。金刚石合成技术发展主要有三个特点:1.压机缸径越来越大,缸径由230mm到1000 mm,每一次的扩大都是一次跨越。2.合成腔体越来越大,合成腔体扩大意味着单次产量和产品质量的提高以及成本的下降。3.粒度分布越来越粗,由原来的主粒度80/100变为现在的25/30。这是我国以粗粒度高强度高品级金刚石合成技术进步的标志。
表2数据显示,国内近10年来随着腔体的扩大,金刚石各项数据迅速提高,金刚石的单次合成产量越来越高,金刚石抗压强度、热冲击韧性(TTI)等性能得到很大程度的提高,单位成本不断下降。
以金刚石为磨料的磨削工具广泛应用于机械、电子、光学玻璃和宝石加工业、钻探与开采、建筑等许多领域。随着工业技术水平的不断提高,对金刚石的需求量越来越大,对金刚石的品级要求也越来越高。
近年来,为了满足市场的需求,我国超硬材料制造行业把扩大合成压机反应腔体作为重点开发项目,围绕提高金刚石产品的单次合成产量、品级和粗粒度集中度等进行了一系列的研究与开发,并取得明显的效果, 黄河、中南、华晶公司相继开发出UDS、YG-4、HJ-650、HJ-1000等缸径直径在600mm以上的大型六面顶金刚石合成压机。
国内压机腔体有待进一步扩大。目前直径600mm以上的压机数量约占30%,其余的都是600mm以下,并且直径400mm的占很大量。这在一定程度上制约了中国金刚石合成技术的发展。使用大缸径大吨位压机、扩大合成腔体才是行业发展方向。例如HJ-1000合成压机,是郑州华晶金刚石股份有公司拥有自主知识产权的、全国唯一的特大型合成金刚石专用压机,合成腔直径可达72mm,单次产量为700~720克拉。合成转化率高,粒度集中且粗大;各项指标与小缸径、小腔体相比都明显提高。合成出的金刚石晶形为完整规则的六面体-八面体聚形,棱角分明、表面光滑、色泽透明、杂质和缺陷少,连聚晶少,冲击韧性高,达到国际先进水平。结束了中国不能制造大吨位压机、不能批量生产高品级金刚石的历史,提高了产品的国际竞争力。表2列入了大腔体合成的高单产、高品级率及低成本能耗的相关实验数据。
HJ-1000型压机做为世界最大六面顶压机,这种特大型压机的特点是:1.首次采用缸梁合一结构,设备对中性好,吨位高,合成使用表压低,压机损耗小,投资少;2.采用中央油箱集中供油和多级油路独立控制的系统结构,与传统压机相比,大大降低了设备的投入与生产消耗。3. HJ-1000型压机在增压时采用超高压径向柱塞泵增压,可以实现连续无限增压,从而满足工艺上缓慢增压的要求,该压机采用了最新试验成功的线性无动力卸压方式,可以实现匀速卸压,提高了硬质合金的使用寿命,进一步降低了生产成本。
国内外对人造金刚石的需求增长表现出两大显著特点:一是对高强度、高韧性人造金刚石的需求增长;二是发展中国家对人造金刚石的需求量迅速增长。推广应用大压机,扩大合成腔体,从而提高高品级率和低成本,将这是金刚石行业发展的必然趋势。
作者简介:左宏森,河南工业大学超硬材料磨料磨具工程系主任,长期从事超硬材料磨料磨具方面的教学和科研工作,曾参与创建超硬材料及制品专业。