.jpg)
我國是超硬材料大國卻不是強國,同國際工業先進的國家相比,我國的仍有一定的差距。主要表現在:合成設備噸位小,合成高壓反應腔容積小,單次產量低,質量不穩定等。
近年來,我國超硬材料行制造業取得了歷史性的的進展。金剛石合成技術發展主要有三個特點:1.壓機缸徑越來越大,缸徑由230mm到1000 mm,每一次的擴大都是一次跨越。2.合成腔體越來越大,合成腔體擴大意味著單次產量和產品質量的提高以及成本的下降。3.粒度分布越來越粗,由原來的主粒度80/100變為現在的25/30。這是我國以粗粒度高強度高品級金剛石合成技術進步的標志。
.jpg)
表2數據顯示,國內近10年來隨著腔體的擴大,金剛石各項數據迅速提高,金剛石的單次合成產量越來越高,金剛石抗壓強度、熱沖擊韌性(TTI)等性能得到很大程度的提高,單位成本不斷下降。
以金剛石為磨料的磨削工具廣泛應用于機械、電子、光學玻璃和寶石加工業、鉆探與開采、建筑等許多領域。隨著工業技術水平的不斷提高,對金剛石的需求量越來越大,對金剛石的品級要求也越來越高。
近年來,為了滿足市場的需求,我國超硬材料制造行業把擴大合成壓機反應腔體作為重點開發項目,圍繞提高金剛石產品的單次合成產量、品級和粗粒度集中度等進行了一系列的研究與開發,并取得明顯的效果, 黃河、中南、華晶公司相繼開發出UDS、YG-4、HJ-650、HJ-1000等缸徑直徑在600mm以上的大型六面頂金剛石合成壓機。
國內壓機腔體有待進一步擴大。目前直徑600mm以上的壓機數量約占30%,其余的都是600mm以下,并且直徑400mm的占很大量。這在一定程度上制約了中國金剛石合成技術的發展。使用大缸徑大噸位壓機、擴大合成腔體才是行業發展方向。例如HJ-1000合成壓機,是鄭州華晶金剛石股份有公司擁有自主知識產權的、全國唯一的特大型合成金剛石專用壓機,合成腔直徑可達72mm,單次產量為700~720克拉。合成轉化率高,粒度集中且粗大;各項指標與小缸徑、小腔體相比都明顯提高。合成出的金剛石晶形為完整規則的六面體-八面體聚形,棱角分明、表面光滑、色澤透明、雜質和缺陷少,連聚晶少,沖擊韌性高,達到國際先進水平。結束了中國不能制造大噸位壓機、不能批量生產高品級金剛石的歷史,提高了產品的國際競爭力。表2列入了大腔體合成的高單產、高品級率及低成本能耗的相關實驗數據。
.jpg)
HJ-1000型壓機做為世界最大六面頂壓機,這種特大型壓機的特點是:1.首次采用缸梁合一結構,設備對中性好,噸位高,合成使用表壓低,壓機損耗小,投資少;2.采用中央油箱集中供油和多級油路獨立控制的系統結構,與傳統壓機相比,大大降低了設備的投入與生產消耗。3. HJ-1000型壓機在增壓時采用超高壓徑向柱塞泵增壓,可以實現連續無限增壓,從而滿足工藝上緩慢增壓的要求,該壓機采用了最新試驗成功的線性無動力卸壓方式,可以實現勻速卸壓,提高了硬質合金的使用壽命,進一步降低了生產成本。
國內外對人造金剛石的需求增長表現出兩大顯著特點:一是對高強度、高韌性人造金剛石的需求增長;二是發展中國家對人造金剛石的需求量迅速增長。推廣應用大壓機,擴大合成腔體,從而提高高品級率和低成本,將這是金剛石行業發展的必然趨勢。
作者簡介:左宏森,河南工業大學超硬材料磨料磨具工程系主任,長期從事超硬材料磨料磨具方面的教學和科研工作,曾參與創建超硬材料及制品專業。