鄭州中南杰特超硬材料有限公司 張相法
 

　　我于上世紀八十年代末作為王光祖教授的碩士研究生，有幸接受導師王光祖教授的指導和教誨。王老師專注超硬材料事業、樂于奉獻、思維敏捷、一絲不茍、吃苦在前……等許多老一代知識分子的優良品德，使我受益匪淺。在多年的工作實踐中，他從研制中國第一顆金剛石開始，到金剛石的中間試驗和工業化生產，在超硬材料行業辛勤耕耘五十余載，親歷并見證了中國超硬材料行業從無到有、從小到大、從弱到強的全部發展歷程，為行業做出了杰出貢獻。
 

　　一、激情年代 投身鉆石

　　王老師1956年畢業于武漢大學化學系，分配到北京第一機械工業部工具科學研究院工作。1957-1959年被公派到蘇聯車里雅賓斯克砂輪廠和查波羅什砂輪廠學習電剛玉冶煉及其加工的生產技術，回國后被派到第一機械工業部磨料磨具磨削研究所(簡稱三磨所)磨料研究室工作。時逢國家急需的人工合成金剛石研制項目的立項，此時三磨所正處在籌建期，高學歷工程技術人員屈指可數，王光祖被分配到121課題組，從事人造金剛石研制工作，先后研制成功我國第一顆人造金剛石、參與我國第一臺六面頂壓機的研制、人造金剛石的中間試驗和工業化生產等。一干就是一輩子。

　　人造金剛石是20世紀50年代發展起來的一項高新技術，當時只有美國、瑞典、英國、蘇聯和日本等幾個工業發達國家所掌握，并對我國實行技術封鎖，而我國天然金剛石資源又稀缺，國民經濟各部門，特別是精密機械加工，石油開采，地質勘探和電子工業等部門迫切需要，每年要從蘇聯、剛果進口。1960年國際風云突變，金剛石來源斷絕，嚴重影響到我國社會主義建設的進程，于是用人工方法制造金剛石就成為我國當時急需解決的重要課題。為此，國家將其研制作為重點項目121課題，于1960年10月下達了研制人造金剛石的科研任務。由第一機械工業部通用機械研究所、三磨所和地質部地質科學研究院組織聯合攻關小組，其成員有：于鴻昌、王光祖、胡恩良、許錦楓、姚裕成、周紀堂、孫榮傳、熊文松、盧飛雄、余征民、李進保、杜福昌、張永華 金秋野、柳開忠。在不打無準備之仗，不打無把握之仗的思想指導下，王光祖與于鴻昌、周紀堂一起廣泛地收集、整理和分析了國外有關技術資料，撰寫了《人造金剛石合成工藝基礎》一書(內控資料)，并以此為依據提供了第一個實驗大綱，建立了自己的石墨—金剛石平衡曲線，作為合成工藝熱力學條件選擇的主要依據，并對實施技術方案做了周密、細致的安排。

　　經過攻關組兩年多的合作，于1963年12月6日的晚上，在國產300噸61型兩面砧超高壓高溫裝置上，以高純石墨粉為原料，以鎳-鉻合金為觸媒，在7.8GPa壓力和1375-1550C高溫條件下合成成功我國第一顆人造金剛石。回憶起當時的情景，王教授依然記憶猶新：第32號合成棒砸開，閃出美麗的幽秘光芒，在場的各位簡直不敢相信，這就是我國第一顆人造金剛石?！經權威部門的X衍射分析，其譜線完全與天然金剛石的相吻合。當時參與實驗的所有成員為之歡呼，為之跳躍。成功了！那是一個終生難忘之夜，是值得引以自豪之夜。它將作為中國人造金剛石事業的開端而永載史冊。

　　第一顆人造金剛石在華夏大地的誕生，成為世界上第6個掌握金剛石合成技術的國家。無論是對我國高壓高溫技術，還是晶體生長學科的發展都堪稱為里程碑。這對當時工業基礎薄弱，經濟實力較差，科學技術還相當落后的中國，能夠取得具有世界先進水平的技術成果是非常了不起的。為此榮獲1978年全國科學大會獎。

　　二、超硬領域 成就顯著

　　第一顆人造金剛石的研制成功，只是金剛石產業化邁出的第一步。為盡快轉向工業性生產，1965年4月一機部正式下達國家科委“關于人造金剛石中間試驗計劃任務書”的批復文件，明確要求在三磨料所建立中間試驗基地，穩定合成工藝和完善前后道工序，使之達到工業生產水平。

　　三磨所和鑄造鍛壓機械研究所合作，于1964年開始共同設計具有中國特色的DS-023A型鉸式六面砧壓機，為搶速度，采用了邊設計邊試制的原則，于1965年8月制造安裝完成，從此我國第一臺6×6MN DS-023A型壓機誕生了。王老師時任工藝試驗的組長，成員有邵德厚、余志超、孔令春、李進保、閆聚武等，做合成工藝試驗，首先遇到了高壓的密封的難題，倘若這一難題得不到及時解決，工藝試驗就不可能正常地進行。通過幾個月日日夜夜的觀察、思考、實踐，終于找到問題原自兩個相鄰頂砧46o斜面夾角不合適所致。高壓密封技術的重大突破，為其應用于工業生產奠定了堅實的技術基礎，為此，榮獲1978年河南省科學大會獎。

　　為了把人造金剛石晶體生長技術提高到一個新的水平，1966-1969年王老師承擔了一項頗有技術難度的部重點課題—單晶大顆粒人造金剛石的研究。通過實驗取得以下成果：

　　1、獲得晶形較好的1.0-1.5mm的單晶金剛石；

　　2、在單壓源六面砧超高壓高溫裝置上合成的成功率達70%-80%，而在鉸式六面砧壓機上只有30%-40%，表明超高壓高溫裝置的同步、對中和保壓性能對合成工藝的穩定性、重復性有著重要的影響；

　　3、若想生長寶石級金剛石應優先采用晶種法；

　　根據高壓腔體容積小、溫度難以控制，致使單產低，且質量不穩定，成本高和經濟效益等諸多現實問題，于20世紀60年代末，三磨所的研究者率先提出了鉸式六面砧壓機大型化的設想，在給一機部申報的“人造金剛石大單晶研究裝置”的報告中，提出設計制造6×25MN的鉸式六面砧壓機。可在當時趕超世界先進技術水平的思潮的影響下，一機部沈鴻副部長要求我們將6×25MN改為6×50MN。該壓機由鑄造鍛壓機械研究所與三磨所聯合設計，北京第二通用機械廠制造,1974年安裝在三磨所，力學測試顯示，各項設計技術指標基本上達到要求。由于大直徑硬質合金頂砧質量未能達到使用要求，致使這一嘗試失敗。這次嘗試雖然遭受挫折，但它吹響了向壓機大型化進軍的號角，指明了壓機大型化的努力方向，無疑是奠基之舉。

　　1971年王老師與徐見聞合作根據多年來的實踐，撰寫了一篇題為“人造金剛石晶體生長與壓力、溫度關系的研究”的論文，文中所闡述的金剛石產、質量與壓力、溫度之間的規律及升溫過程的理論原則一直指導著生產。根據觀察到的現象，把晶粒半徑與系統中自由能的關系曲線上的臨界半徑rk移了一個位置，結果引起了很大的學術爭論，爭論出現后“中國科學”編輯部，把論文送到了我國著名科學家王大猶，錢學森那里，兩位老先生的意見是，如果作者的所給曲線的數學推導是正確的話，那么怎樣定義rk作者完全可以根據其實際觀察結果做出相應的解釋是允許的，因為經典理論中rk的位置是在常壓常溫的特定條件下得出的，而論文作者是在超高壓高溫條件下所觀察得到的，兩者條件差異很大，因此rk移動個位置是對傳統理論的發展。為了驗證演算結果是否正確，特請鄭州大學數學專家吳親仁教授進行了審核，答案是演算結果是完全正確的，在上述知名教授的首肯和支持下論文得以發表，而且是用中、英兩種文字發表的，因為它是一篇具有創見性的論文。

　　1973年全國計劃會議上，確定由吉林大學和三磨所共同負責，開展人造金剛石晶體生長的系統理論研究。為從理論和實踐的結合上闡明這一學術問題，進行了碳素材料(主要是石墨)與金剛石晶體生長關系的實驗；觸媒與金剛石晶體生長關系的實驗；以及高壓高溫前后碳素與觸媒的X衍射分析，根據研究結果，撰寫了“觸媒參與下金剛石晶體生長機理的探討”和“高壓高溫下無定形碳向金剛石結構轉變的研究”論文，文中明確提出：選擇觸媒的“三不分割原則”和“石墨材料的優選原則”，以及無定形碳向金剛石結構轉變必須經過一個石墨化階段的觀點，這一觀點已載入許多技術專著之中，成為一種公理，這是對金剛石合成工藝技術理論所做出的具有創建性的貢獻。

　　1974年，在上海召開的“大顆粒人造金剛石”現場經驗交流會上，就人造金剛石晶體生長機理，王老師提出了高壓高溫下無定形碳向金剛石結構轉變必須經過石墨化階段，就是說在碳素材料向金剛石轉變過程中結構因素起著主導作用，對于如何解釋金剛石生長機理提供了實踐依據。

　　1978年～1979年，王老師承擔了部重點課題－微量元素對金剛石性能的影響。據此撰寫的論文，后來為美國召開的85′超硬磨料國際會議所選用。

　　隨著我國人造金剛石行業的發展，王老師的工作更加繁忙。其中1981年～1982年參與了優質細顆粒人造金剛石的研制，獲得了中國有色金屬總公司科技成果二等獎。1991年～1994年，指導部科學基金項目－微晶立方氮化硼的研究課題。1999年11月被聘為鄭州國家高新技術產業開發區管理委員會的技術咨詢委員會專家，協助建立超硬材料及制品產業基地，為河南成為超硬材料生產大省做出了重要貢獻，并分別于1983年、1986年、1988年及1989年，榮獲多項省部級自然科學優秀論文獎和科技進步獎等。

　　三、關注前沿 奉獻行業

　　作為行業大家，他時刻關注相關科技前沿及行業發展。

　　推廣CBN，他給力積極

　　隨著上世紀八十年代改革開放，國內機械行業發展。他以敏銳的眼光開始關注我國的CBN合成及應用推廣。他為我研究生論文的選題就確定在CBN原材料、新型觸媒及高壓合成方面。事實證明,選題非常有前瞻性。從那時起，一輪CBN研究的高潮正在悄然興起。扎實的基礎性研究為我以后從事CBN生產和研究打下良好的基礎，使我受益終生。

　　他還重視國內CBN技術的交流與推廣，這不是他份內的事，也沒有經費支持，出于對我國超硬材料發展的責任感和使命感，千方百計創造條件為行業研究人員提供一個研討和交流的平臺，他找到了時任鄭州二七超硬材料廠廠長的吳志英提供贊助，從1990年開始他連續召集了鄭州、重慶、廬山等多屆全國CBN的技術研討會，三磨所、吉林大學、中科院長春應用化學研究所等CBN骨干科研單位和上海硅酸鹽所、長沙礦院、第二砂輪廠、第六砂輪廠、蘇州砂輪廠、上海砂輪廠等單位的CBN研究人員匯聚一堂，廣泛交流。國內掀起了CBN研究的高潮：采用新的觸媒陸續取得進展，產生了一系列科研成果，合成出各種色澤的高品級立方氮化硼，并逐漸由實驗室向小批量中試過渡。以廬山CBN研討會為標志，我國結束了立方氮化硼產品單一、長期徘徊不前的狀態，使立方氮化硼的研究和生產上了一個新臺階。

　　多年之后的今天，我國已成為CBN生產的大國，我們不能忘記王老師當年的積極推動。

　　壓機大型化，他先行倡導

　　高壓腔體大型化是實現金剛石高產、優質、低成本生產的技術基礎。是實現高品級金剛石產業化“四大”合成工藝技術參數中的關鍵技術。

　　從金剛石的合成工藝試驗中觀察到，隨著高壓腔體的不斷擴大，不僅能提高金剛石的得量，更重要的是金剛石晶體質量有很大提升，為給生產粗顆粒、高強度金剛石提供充裕的生長空間，于是在60年代中期萌發出高壓腔體容積大型化的設想。于是1966～1973年分別設計、制造了6×35MN，6×50MN的鉸鏈式六面頂壓機，大膽地邁出了壓機大型化的第一步。可是，由于大直徑硬質合金頂砧的制造技術在國內沒有得到解決，致使壓機大型化的工作擱淺。

　　從第一次大型化實踐的失利中，王老師悟出了一個非常重要的道理，指出，沒有高質量的硬質合金頂砧的大型化，就不可能有實際意義上的高壓腔體容積的大型化。過去是，現在是，將來仍然是我們為之奮斗的重大高新技術課題。首次提出高壓腔大型化設想，并據此提出我國第4個五年規劃意見。

　　為加快超高壓腔體容積擴大的進程，咸陽超硬材料設備集團有限公司、核工業總公司233廠、航天工業總局7803廠、上海申星機器制造有限公司等，相繼開發出工作缸徑為ф360mm(6×10MN)和ф400mm(6×12.5MN)的鉸鏈式六面頂壓機。為上述公司主持新款壓機設計的技術論證學和出廠前的技術鑒定會，從合成工藝技術的需求和實際操作過程中所的出現的問題提出建設性的建議。

　　為了進一步擴大我國超高壓體容積，在時任杭州高發集團公司總工程師王教授的倡導下，與咸陽超硬材料設備(集團)有限公司于1997年元月簽約，并與株洲硬質合作，開發XKY-6×20MN鉸鏈式六面頂壓機，預計其合成腔體容積可達30～45cm3，標志著我國超高壓高溫壓機的大型化方面又邁上了一個新臺階。

　　納米金剛石，他積極推動

　　富有挑戰性的21世紀把人們帶進了一個關鍵的歷史時期，一場以節省資源和能源，保護生態環境的工業革命正在興起，正像20世紀70年代微米技術一樣，納米技術將成為21世紀主導技術。納米材料當然應該包括納米金剛石將充當重要的角色。

　　納米金剛石是納米材料家族中的一個非常珍貴的戰成員，其特性是其它納米材料無可比擬疑的。納米金剛石除具有金剛石所固有的基本特性之外，其神奇之處簡言之，一方面可以被當作和一種“超分子”，充分地展現出量子效應.而另一方面也可以被當作一種非常小的“宏觀物質”，以致于表現出前所未來的特性。

　　王教授認為，所有這些將給超硬材料的發展帶來新的挑戰和機遇。為推動納米金剛石爆轟合成技術在我國的進一步發展，探討其產業化以及擴大應用領域等問題，王教授與浙江大學吳希俊教授共同策劃，杭州高發磨料磨具(集團)公司資助，于1997年7月在杭州臨平由浙江省科委、科協主持召開了“全國首屆納米金剛石發展研討會”，邀請了中科院蘭州化學物理研究所、甘肅省化工研究所、第二炮兵工程學院、中國運載火箭技術研究所、浙江大學、北京理工大學、人工晶體研究所、三磨所、西北核技術研究所等單位的專家、教授共商納米金剛石產業化和擴大應用領域之大計。

　　這是一次高效率、高知識層次、內容非常豐富的研討會，代表了我國當時納米金剛石科技、生產和應用的最新水平的研討會。會后他主編了一本“納米結構金剛石發展研討會”論文集。從此，王教授與納米金剛石的研發結下了不解之緣，近幾年來，把主要精力從事收集、整理撰寫納米金剛石合成技術、特性和應用方面的綜述或專題文章發表在《磨料磨具通訊》、《工業金剛石》和《超硬材料工程》等刊物上，為傳播這門新技術發揮余熱，使他的晚年生活過得充實而有意義。

　　2002年在王教授的帶領下，河南聯合磨料磨具有限公司，通過到深圳、北京與西安等地的調研，建起了一條年產1000公斤的納米金剛石生產線，填補了河南這一生產技術空白。

　　2007年超細金剛石技術研討會在北戴河召開。由爆炸科學與技術國家重點實驗室(北京理工大學)、北京囯瑞升科技有限公司、北京保利世達科技有限公司、晶日科美超硬材料有限公司、工業金剛石信息網聯合主辦。會議以包括爆轟納米金剛石(DND)、爆炸法微米聚晶金剛石(PCD)和靜壓法金剛石微粉(SND)為主題。會議由中科院蘭州化學物理研究所，第一顆納米金剛石研制者之一徐康教授、北京理工大學納米金剛石博士生導師惲壽榕教授和三磨所王教授組成的主席團主持。

　　行業工作 他不遺余力

　　機械工業部為2000年產品振興，向其下屬各研究所下達了“機械工業2000年產品振興目標研究”的重點課題。這是一項預測性課題，要求組織一批理論水平高和實踐經驗豐富，對行業熟悉的工程技術專家參與實施，根據上級的安排王老師等承擔了其中的子項目—超硬材料產品水平評價分析。該課題榮獲1988年機械電子工業部科技進步一等獎，1989年國家科技進步二等獎。

　　1993年深圳‘93'中國超硬材料發展戰略研討會暨慶祝人造金剛石發展30周年，王老師作為這次研討會論文集編審委員會的主任委員，作了 “中國超硬材料發展30年”的主題報告。報告指出，我國超硬材料工業正進入關鍵發展時期，規模急劇擴大，產量高速上升，“復關”臨近，面對激烈的國際競爭。在此重要時刻機遇與挑戰并存，何去何從，需要認真思考與抉擇！適逢中國第一顆人造金剛石誕生30周年，根據密切關心超硬材料工業發展前途的老專家、老同志的倡義，三磨所主持召開了“中國超硬材料工業發展戰略研討會”，行業同仁紛紛響應，執筆撰文，各抒己見，深刻分析，見解精辟，蓋收于文集中，它是我國超硬材料工業發展史上的一部寶貴史料，因為她記述了各個時期的重要史實和背景，堪稱留給后人的史書，必將產生深遠影響。

　　五年后，也就是1998年在杭州召開的慶祝人造金剛石誕生35周年大會上王教授撰寫“關于我國人造金剛石未來發展的思考”文章，針對其發展現狀提出了若干建議，生產上規模，更應上水平；超高壓腔體大型化硬質合金頂砧質量是關鍵；超高壓腔體大型化，年輪式兩面砧裝置具有明顯優勢；產品品種要系列化、多樣化和專用化；制品是人造金剛石的發展橋梁；應用是人造金剛石的發展動力。

　　2012年6月開始，王教授滿腔熱情地承擔起了中國超硬材料工業五十年發展史主編的重任。接受任務后，他把頤享天年的美好時光，義無反顧地投入其中，他那全心全意的執著精神十分令人敬佩！值得我們后輩學習。

　　四、筆耕不止 著作頗豐

　　我國人造金剛石的科研立項始于1960年，王老師參與了金剛石的研制與產業化的全過程，而且一干就是40年，伴隨著人造金剛石事的發展，他在享受過成功的喜悅的同時，但更多的常常是徹夜不眠和食不甘味的苦思，參與攻關。40年來為超硬材料科研成果與行業同仁共享，撰寫了近百篇文章發表在多種刊物上，深入反映了筆者在超硬材料科研與生產中的思索與認識。

　　“人造金剛石晶體生長與壓力、溫度關系的研究”一文中的部分內容收入1975年吉林大學固體物理研究室高壓合成組編著的《人造金剛石》(科學出版社)和1978年茍清泉教授編著的《固體物理簡明教程》(高等學校試用教材，人民出版社)兩本書中。

　　為及時了解國外超硬材料科研、生產發展的動態，王教授在1983年黃山超硬材料國內外發展水平研討會上提出編輯出版“超硬材料譯文集”的建議，這一建議得到了與會者的支持，1984-1991年間主編《超硬材料譯文集》共11集，近百萬字，其中編者提供的譯文約10萬字，審校的譯文約8萬字，深受廣大讀者的歡迎，為傳播國外先進技術做出了貢獻。

　　根據磨料磨具行業工人中級技術理論教學計劃、教學大綱的目標，編著的磨料磨具行業技工培訓教材《超硬材料制造工藝學》(中級本)，對于金剛石生產技術的普及與提高起到了非常重要作用。

　　1989年，應邀為鄭州機械高等專科學校第一屆超硬材料及制品專業學生授課。該專業是機電部和國家教委批準備案而設置的，是國內高校中獨有的專業，王老師與王秦生，康季常合作編寫了第一本用于超硬材料專業教學的教材--《超硬材料》。

　　為了幫助讀者對國外立方氮化硼及其多晶體研究內容、水平及發展動態有較系統地了解，應磨料磨具與磨削雜志主編衛風舞的約請，撰寫了“國外立方氮化硼制造技術”連載12集，約6萬字。

　　1993年，《磨料磨具技術手冊》(大型工具書)由兵器工業出版社出版。該手冊總結了我國45年來磨料磨具生產實踐，標志我國磨料磨具的技術水平，并匯集了國內外各種磨料磨具技術資料與常用數據，為磨料磨具專業與機械加工專業的工程技術人員、管理干部和高、中級工人提供了一本簡明、準確、實用的手冊。他任該大型技術手冊的副主編，撰寫了手冊中的第八篇“超硬材料合成”。為推動我國立方氮化硼晶體生長技術水平的提高和拓寬應用領域，加快應用步伐，王老師帶領我和李剛工程師一起編寫了《立方氮化硼合成與應用》一書，在編寫過程中查閱了大量的文獻資料，力求全面、系統地反映立方氮化硼晶體生長和應用的最新成果，并結合自己在科研和生產實踐中的經驗和體會，把立方氮化硼基礎理論和應用技術匯集于一體。該書1995年由河南科學技術出版社出版，榮獲1995年度河南省優秀圖書二等獎。

　　根據長期從事超硬材料科研與生產，以及教學的實際與院興國高工合作編著的《超硬材料》一書1996年由河南科學技術出版社出版，并榮獲1996年度河南省優秀圖書二等獎。該書多年來為超硬材料工程系的教材，以及為行業技術培訓廣泛采用。

　　為了適應超硬材料行業技術培訓的蓬勃發展形勢，王老師本著理論與實際相結合而更側重于實際，普及與提高相結合更側重于普及的原則，以大量涉及超硬材料生產工藝和原輔材料的有關專著和文獻中，萃取了有關內容，以通俗的回答形式編寫了《金剛石合成系統工程問與答》一書，以此奉獻給從事超硬材料生產第一線的廣大年青的生產者。

　　進入21世紀，面對新的挑戰，心潮澎湃，王老師40年的筆下耕耘成果，不應是屬于個人，應匯集成冊作為輔路石，為從事超硬材料工作的技術和管理者提供一本可供借鑒、可供閱讀、可供參考的讀物，讓我們的事業發展得更快些、更好些，這一想法很快得到了杭州高發集團公司，鄭州新鄭電碳廠和中外合資無錫恒豐硬質合金制品有限公司的支持和資助，本書取名為《人造金剛石探秘-王光祖論文集》該書由四川大學芶清泉教授作序，指出，王先生已年過花甲，仍以進取的精神將振興和發展中國的金剛石工業為已任，至今筆耕不輟，為行業的發展出力，這本書充分體現了他拳拳報國之情。

　　2001年，由浙江大學出版社出版了《人造金剛石探密--王光祖論文集》。該“論文集”凝聚了他豐富的實踐經驗和可貴的探索精神，以及對于我國今后在超硬材料的發展方面邁入世界強國的深沉思考。

　　2009年7月由鄭州大學出版社出版了王光祖教授主編的《納米金剛石》一書。科學院鄒廣田院士為其作序，認為這是國際上納米金剛石領域的笫一部專著。其后2011年，又組織行業專家以及一些年輕教授、博士等，主持編寫了《超硬材料制造與應用技術》。這部巨著項目來源于中華人民共和國新聞出版總署“十一五”國家重點圖書出版規劃。行業巨頭中南鉆石公司和四方達公司聞之欣然提供資助。這是一本涵蓋靜態高溫高壓觸媒法合成金剛石、納米金剛石與CVD金剛石及其下游產品與應用技術。可見教授平時收集、閱讀、取材和整理資料的功底由此可見一斑。

　　在我國人造金剛石產業奠基、成長和壯大的戰斗歷程中，王老師奮戰時間最長并還在繼續進行著，獲得成果最豐且還在不斷收獲中，他是我國人造金剛石行業倍受敬仰的重量級人物。

　　已屆耄耋之年的王老師，仍以不斷進取的精神將振興和發展中國的金剛石工業為已任，至今筆耕不輟，為我國超硬材料產業的發展效力，充分體現了他的拳拳報國之心。我作為他的弟子，除了為之慶幸就只有心生敬佩和感動。