关于人造金刚石,业内人士常调侃道:诞生于海外,发扬于中国。
1963年12月6日,中国第一颗人造金刚石在华夏大地诞生。时过境迁,凭借国人的努力,运用自主创新的先进的技术优势,我国现已成为全球人造金刚石第一生产大国,产量占全球总产量的90%以上。
如今,作为工业金刚石强国,我国超硬材料系列应有尽有,普通工具和尖端工具也取得了长足进步,真正实现了“人定胜天”立志的初心,仅有极少量高端产品被国外占有或平起平坐。
近60年以来,人们以各种方式回望跌宕起伏的历史风云,惊叹于我国超硬材料行业的高速发展历程。
“中国既是超硬材料大国也是强国!”作为我国超硬材料行业先驱之一的方啸虎教授对此也颇为感慨。初次见面,其友善且直爽的性格感染了在场的每一个人。
从科研到生产,再到教书育人,方啸虎数十年如一日地坚守在超硬材料领域的第一线。简单如“敬业”一词远不足以概括其人生之路,在他的豁达开朗之下,是九转曲折的事业命途。
午后斜阳射到用了很久的办公桌上,84岁的方老教授坐在桌前,仰首细细回忆着,思绪轻轻翻开了那年夏天的第一页。
1、迎难而上,转攻保密课题
“那个年代不像现在可以‘双向选择’,国家急需,就是我的任务。”
回顾19世纪中期以来,我国国民经济快速发展,高硬度、难加工材料不断出现,机械加工、地质勘探、石油开采、冶金、电子工业和军工系统对金刚石的需求日益增多。然而,我国天然金刚石矿藏极其匮乏,进口情况更趋于绝望。
1963年,方啸虎以合肥工业大学地质系同年级七个班近200人的最佳成绩,分配到了北京,在冶金部北京地质研究所工作。
短短7年里,他从矿床室依次调任至岩矿室、勘探室。其中,还有一年零七个月的时间在积极申请到山西天镇县劳动锻炼。提及此事,方啸虎印象颇深,当年干遍了北方所有农活的他,还获得过“劳动锻炼先进者”称号。
科研上,他通过对超基性岩的研究,获得新的矿物亚种铂矿-锇铱钌矿;用“物相方法”确定“中-重稀土”为独立矿床。此方法还被上级认定为稀土矿床储量的计算依据,填补了我国没有中-稀土矿床的空白。
数年间,方啸虎带领研发团队共同完成了两项国家级“会战”项目,其中“中-重稀土矿床”作为后续继续寻找稀土矿床的主要方法,经1969年查定开采后,直到2015年查阅资料仍具有千亿元以上的价值。
1970年,上级组织找到方啸虎,将一项“保密课题”交予他。正是这次临危受命,让原本从事矿物工作的方啸虎,“投身”超硬材料行业。
我国超硬材料行业先驱之一方啸虎
“这一改,就改变了方啸虎的人生方向!”对此,方啸虎的领导也时常感慨不已。
他肩负重任,不仅要完成满足勘探室所需的“人造金刚石钻探技术”所需一切金刚石,还要承担起冶金部金刚石产业的培训任务。
“当时全国分六大区,冶金部决定每个大区都要有一个金刚石厂,每个厂都要到院里进行3-6个月培训,必需教会他们金刚石、钻头、电镀扩孔器的制作工艺,有条件的还要给他们讲基础和理论课。”方啸虎对《大国之材》解释道。
时过境迁,研发队伍从最初的7、8人,逐渐发展成可支撑整个研究室的半壁江山,每年可完成大大小小的课题8个。
但方啸虎未曾想到,由于超硬材料领域正在展开的“一盘大棋”,自己不得不离开这个坚守了8年的小团队。
2、调令使然,辗转奋战多地
1977年4月底,一纸调令,方啸虎坐着当时厂里最好的“吉普车”,来到桂林筹建金刚石总厂(筹)。
“这是一个只有几百人的小厂,门前有一条石子马路。全厂一概是平房,路是泥巴路,只有一条四米宽的小水泥路,直通炼钢车间的。”方啸虎记忆中的原金刚石总厂,简陋得荜门蓬户,无法形容。
到任后,厂里只有两台刚做好的金刚石专用压机。方啸虎做的第一件事就是花钱买大到各种生产用器材,小到烧杯、试剂、表面皿等,前后总共花了3万多元“巨款”,才把所需用品基本添置免强够用。
厂里的老书记张金迟得知此事后,颇感心疼,语重心长地对方啸虎说,“啸虎啊,我们是个小厂,钱是很紧的,不像你们北京来的大研究院,用钱一定要精打细算。”老书记的话非但没有打击到方啸虎,反而激发了这位年轻人的斗志。“张书记,从进厂门我就感受到厂很穷,但到年底咱们一定把它赚回来!”
后来,在职工的共同努力下,建厂18年以来年均利润0.5万元的修配厂,发展成桂林金刚石总厂,连续实现30%以上的利润增长,产值不断攀升。不出几年,方啸虎带领的车间所产利润就超过了全厂其他车间的利润之和。
短短六七年间,方啸虎所在的车间从十几个人发展成为占全厂一半人数的大车间。后来经过三轮民意测验,局里决定让他直接担任厂长(正处级)。再三推辞无果后,方啸虎只好顺应民心,接下重任,带领全厂迈向新的阶段。
“要当就要当个好厂长!”这是方啸虎当初接过接力棒时,暗自许下的承诺。
经过两届努力,桂林金刚石总厂一举斩获了“全国十大金刚石厂”、“全国七大金刚石钻头生产厂”、“广西壮族自治区区级先进企业”“自治区级对外出口百强企业”等称号。拳头产品金刚石钻头在地质部全国统计中始终保持综合钻探“米”成本第一名,并在有色系统钻头竞赛中,连续多年名列前茅。
琳瑯满目的各种金刚石钻头
1991年末,正当金刚石总厂发展得热火朝天之际,方啸虎再一次接到正式调令,要求离开桂林厂去往更远的地方——浙江杭州。
临别之时,全厂上下一百多人前来为他送行。“大家的心情都很沉重,不少人流下了泪水,我也被感动得泪水往肚里流。”讲到此处时,方啸虎强忍心中的留恋。
随后,浙江省杭州两个集团公司联合以人才引进的方式,将方啸虎调往省工艺品进口集团和江南贸工集团公司。三年间,方啸虎一边做筹划,一边利用过春节时间编写讲义,培训技术工人。在他的指导下,公司产品经技术改进,产量质量猛增。
1994年,伴随着吹得愈发强劲的改革春风,方啸虎开始重新思考人生的安排。此后数年,他经年累月四处奔波,北到吉林,南至福建,东到东营,西至甘肃、云南,为数十家企业提供授课咨询服务,其中有的成为国内主要骨干企业。
3、脚踏实地,用实践探索真知
“中国既是超硬材料大国也是强国!”
上世纪90年代中期,据不完全统计,全国有600-700家企业,每培养1-2个合成工,就能帮扶一家新生企业。短时间内,一场遍地开花的“金刚石运动”普及到整个中东部。
进入21世纪,我国超硬材料及制品行业更是乘风而上,在河南等省份已形成了以骨干企业的龙头,聚集了大批中小科技型企业的发展群体。
彼时,国内如中南钻石、黄河旋风等头部企业已成为我国超硬材料领域的代表,部分中小企业随着市场竞争的愈演愈烈,被迫卷入时代的洪流中。
方啸虎曾服务过的全球最大金刚石企业
目前有4000余台大压机,图为在400台压机车间留影
业内当时还流传着一句话,“有钱就能买压机,有压机就能赚钱。”但方啸虎并不认同,“哪有那么容易,倘若真那么容易,还要专家做什么?”后来大量的企业退出行业,证明了他的论断。
是非经过不知难。一路走来,或许只有那个时代的人才明白,中国超硬材料领域能获得如今的成绩是多么的不容易。“当年他们真的是脚踏实地一点一滴,摸爬滚打,摸索出来的。”方啸虎夫人如是评价。
1970年,方啸虎受命来到郑州勘探室当领队。得此消息,中国首位探矿工程师杨春发先生曾专程从北京赶往郑州,在一片黄土地上,二人席地而坐。“老方,所里派你到郑州来带队。这项政治任务,只能做好,不能失败!”恩师的一席话,让方啸虎至今难忘。
由于我国初期的压机普遍较小,合成块只有28*28*28mm,合成腔体最大为Φ10mm,一次只能得到0.8-1.1ct,生产出的金刚石质量并不理想。
其中,腔体是形成高压技术中一个重要且复杂的问题,但由于高温高压体系形成过程问题很多,困难重重,对高温高压合成金刚石理论认识不足,合成设备和工艺理论不匹配,加之当时主要耗材——硬质合金顶锤质量不过关,几乎没人愿意贸然更改体系的设置。
在首创新工艺锒嵌Φ380mm特大水电钻头
起跑就是冲刺,开局就是决战。为了改变当前的困境,方啸虎决定从腔体下手。期间,他还前往济南找到压机设备的主设计师陆乃琨。“正好他们有一台压机在做空载试验,已经压到15万次,准备压到18万次停止试验,这给了我极大的信心!”方啸虎激动地回忆道。
经过严密的科学计算,方啸虎从顶锤到叶蜡石块,设计出腔体大小的新方案,并对合成工艺进行了全方位的调整。经过反复试验后,腔体从与原来的Φ10mm扩大至Φ18mm。作为“小口径金刚石钻探技术”申报的一个重要组成之一,该成果获得了1978年“全国科学大会奖”和1985年“全国科技进步一等奖”。
在后续的推广使用中,由于腔体的不断扩大,极大地提高了产量和质量。高品质的金刚石产量增加了4倍多,在普通磨料中,最高提高了6-7倍,实现了一台设备变为多台的效果,经济效益极为可观。
70年代伊始,业内关于发展六面顶压机还是两面顶压机的争议就一直持续不休。进入改革开放如火如荼时期,引进国外两面顶压机的声音更是此起彼伏。
“本人是中国六面顶压机的忠实坚持者、敬业者。”每每回想起当年的决定,方啸虎总是既坚定又从容。他竟然放弃了当年出国极度不易的良机。
方啸虎结合多年的实践经验,毅然选择了具有中国特色与自主知识产权的六面顶压机,提出“发展六面顶压机长处,吸收两面顶压机优势”的原则,为后续六面顶压机大型化打下了实践和理论的良好基础,并为六面顶压机不断扩大腔体、片状触媒替代粉末触媒、间接加热合成工艺做出卓有成效的探索。
目前,我国六面顶压机大型化的数量已达到9000余台,成为我国特色的高压专用设备之一,至今仍有增长的趋势。
4、打不倒的“老虎”
总有年轻人问方啸虎一个问题:超硬材料到底是个什么样的行业?
“一个永不过时的朝阳行业,一颗永远不落的太阳!”方老的回答掷地有声。
回望过去50余载,方啸虎致力于推动中国超硬材料及制品发展的初心从未改变,但由于种种原因,总在离实现目标就差临门一脚时出现变数。
前半生坎坷的事业之路,让方啸虎一度觉得自己是“事业不幸者”。可即便如此,他始终怀揣着动力与信心:“无论怎样的孤军作战,只要有一小丁点土和一小口水,我就要活着,把最不利的条件变成有利条件。”
方啸虎在超硬材料领域的探索精神值得推崇和敬佩,套用全国人大代表、中央委员李振潜(曾是他的直接领导)的话来说便是,“方啸虎是一只打不倒的老虎”。
如今,中国超硬材料行业进入史无前例的高速发展时期,站在新的历史转折点,行业需要找到新目标,而以人造金刚石为代表的超硬材料迭代更新速度快,若不及时储备人才与技术,终有一天也将“泯然众人矣”。
作为中国第一代人造金刚石与工具的先行者之一,方啸虎对我国超硬材料行业的未来发展之路尤为关切。“不要只埋头干活,还要多看看路。”中国探矿工程专业的创始人、学科奠基人李世忠老先生的告诫,方啸虎言尤在耳。
近20年来,方啸虎已主导完成人造金刚石、超硬材料及制品方面的专著共近10部,将超硬材料科研成果和实践经验与行业共享,为后辈指路。其中,由浙江大学出版的《现代超硬材料与制品》(2011年版),还得到了时值89岁高龄的材料届泰斗师昌绪院士的亲笔题词。
方啸虎向全球静态高压创始人美国院士、中国外籍院士
毛河光先生赠送自己的专著
而今耄耋之年的方啸虎,仍笔耕不辍,指导新生研究力量,曾担任(现担任)中南大学、北京科技大学、湖南大学、山东大学、中国矿业大学、河南工业大学等多所高校的兼职教授(客座教授),培养了十多名博士、硕士,为我国超硬材料工业的发展发光发热。
“或许原来最好的条件,能够成就我更大的事业。但只要不愧对人生,又何妨!现在可以对国家、对行业有所贡献,我就很知足了。”
采访临近结束,方啸虎对中国超硬材料寄予厚望,特别告诉《大国之材》:“一定要把超硬材料和制品的话语权掌握在中国人的手中;超硬材料行业一定要有自己的理论和人才;中国的金刚石功能性材料决不能输在起跑线上。”
【个人简介】
方啸虎,教授级高级工程师,北京科技大学、中南工业大学、湖南大学等兼职教授,硕士生和博士生导师,浙江大学(兼职)博士后导师。广西壮族自治区学科带头人,1998年获国务院津贴。国务院考委会通过(全国第四批)。现任中国地质学会矿山地质专委会副主任(2010年授予“中国地质学会矿山地质专委会名誉主任”),中国材料研究学会超硬材料专业委员会顾问,全国超硬材料专家技术委员会委员;
中国有色金属工业总公司“先进工作者”、中国物理学会“先进工作者”。曾带领广西桂林金刚石总厂获广西壮族自治区“百强企业”,广西壮族自治区级“区级先进企业”;获两项“部优质产品”、三项“省优质产品”;一项省级创新产品“百花奖”等。
《超硬材料工程》杂志编委会编委,《磨料磨具》杂志编委会顾问团顾问,工业金刚石信息网专家委员会顾问。主编或编著《超硬材料基础与标准》、《中国超硬材料新技术与进展》等约500万字论著,主要参编论著,任顾问或副主任4部。发表论文170余篇。获批专利26项。对合成优质金刚石、提高产量、质量、降低消耗及新超硬材料研究、以及地球科学等方面都具有较为重要的指导意义和科学价值。