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【转载】河南产业观察|作为全球超硬材料领航者 河南还肩负着一项重任

发布时间:

2021/12/08

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大象新闻记者 米方杰

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超硬材料及制品是支撑先进制造技术的必备工具,被誉为现代工业的“牙齿”,经过50多年的发展,作为超硬材料发源地的河南已经成为了全球超硬材料的领航者。超硬材料也从工具应用扩展到了功能应用上,并且随着培育钻石市场的“火热升温”,河南超硬材料产业的发展也越发受到关注。作为我国自主发展、具有全球竞争优势的特色长板产业,河南超硬材料产业将走向何方,未来又该在哪些方面进行着力呢?

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【1】超硬材料的发展  将为河南产业发展提供“硬支撑”

经过50多年的发展,河南实现了由我国超硬材料的研究开发中心向超硬材料及制品的研究开发与产业化基地转型,初步形成了一个以超硬材料为先导、制品为核心、原辅材料和专用设备仪器为基础、公共技术服务体系为支撑、产业群体比较集中和相对完善的特色高技术产业链,成为我国超硬材料大省,为我国成为全球超硬材料生产大国奠定了坚实基础。

作为一种新材料,超硬材料引领着我国高端制造业的发展。中国机床工具工业协会超硬材料分会秘书长孙兆达表示,超硬材料及制品是支撑先进制造技术的必备工具,当下河南正大力发展制造业,而超硬材料是支撑制造业升级必不可少的一个“关键链”,超硬材料行业的发展将为河南产业发展提供起“硬支撑”。

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“超硬材料及制品是迄今为止人类发明的极端坚硬的材料及工具,层出不穷的各种新型材料只能用它们才可加工,”在河南省金刚石及制品工程技术研究中心总工程师、中国珠宝玉石协会培育钻石分会名誉会长王秦生看来,超硬材料及制品对高新技术材料及各类制成品的发展提供着强力支撑。

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【2】超硬材料刀具和精密磨具 依然是重要的发展方向

值得关注的是,目前超硬材料也从工具应用、功能应用扩展到了民用消费,培育钻石的成功让其进入了群众生活,目前河南培育钻石供不应求。

虽然培育钻石市场前景广阔,但不管是王秦生还是孙兆达在接受采访时都表示,并不建议将其作为超硬材料的“主要”发展方向。“河南培育钻石市场发展前景广阔,但培育钻石属于消费市场,目前技术已经非常成熟,”王秦生表示,只要培育钻石有市场,企业便会加大生产力度,在遵循市场规律情况下,政府做好服务即可。

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“经过50多年的发展,以人造金刚石为代表的超硬材料依然属于新材料,”在孙兆达看来,虽然过去这些年里,人们对人造金刚石的探索和应用主要集中在“工具”方面,但目前对其开发利用依然有限。

 “超硬材料的工具河南历来有优势,下一步还要继续放大这一优势。”王秦生介绍说,一直以来,超硬材料企业卖的不仅是产品,更是“核心技术”。在工业领域,超硬材料刀具在世界发达国家代替普通道具已经超过了10%,但是中国还不到10%,超硬材料刀具和精密磨具依然是一个重要的发展方向。

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王秦生同时表示,虽然河南超硬材料产业发展迅速,但还有着中高档产品竞争力薄弱、产品专用化程度和精细化程度不够、中低端产品产能过剩且同质化严重、产品应用实验室欠缺或不够完善、前沿技术研究薄弱及未来可持续发展动力不足等问题。

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【3】专家建议把超硬材料功能化应用的开发 作为战略方向

经过多年的发展,超硬材料的性能正在不断地被发现,它的应用领域也在不断地被扩展,当下在不断扩展工具应用的同时,超硬材料也进入到了“功能时代”, 在采访中,孙兆达和王秦生都建议,河南把超硬材料功能应用的开发作为一个战略方向。

孙兆达表示,金刚石作为极限材料,除具有优异的力学性能外,还拥有最高的热导率、极宽的禁带宽度、高载流子迁移率、高绝缘性、极佳的光学透过性、化学稳定性与抗辐照性等众多热、光、声、电、化学优异性能,被誉为“材料之王”,在航空航天、核工业、第四代半导体、超大功率器件等尖端技术领域具有极佳的应用潜力。

“目前金刚石膜散热片已应用于北斗导航卫星相控阵组件;金刚石光学窗口具有紫外至微波的广谱透过性,用于飞行器窗口、高能激光武器窗口及核反应堆窗口等极端领域。而硼掺杂金刚石电极在电化学传感器、污水处理等领域已取得了突破性进展,寿命是传统电极的数十倍。”孙兆达介绍说,随着包括金刚石在内的超硬材料各种功能性的广泛开发和应用,超硬材料将在国计民生中发挥更为重要的战略支撑作用。而持续推进超硬材料功能应用的开发,是作为全球超硬材料领航者的河南必须肩负起的一项重任。

王秦生同样表示,超硬材料产业的体量虽然不大,但以人造金刚石为代表的超硬材料及制品却渗透到了各个领域,包括国防军工、航空航天、尖端科技等,超硬材料不仅是支撑我国战略性新兴产业发展的先进基础材料,更是活跃在国家重大关键领域中的“精良利器”,某种意义上来说是属于战略性物资。

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【4】龙头企业已开始布局 有望在超硬材料功能应用上实现新突破

“建议政府要在政策和资金方面给予扶持,引导省内超硬材料龙头企业加大在功能应用方面的科研投入力度,”王秦生表示,超硬材料功能应用的科研,需要投入更多的时间和精力以及资金,不像做培育钻石会立马有利润,因此需要政府加大扶持力度。在其看来,超硬材料如果能在声光电热等应用方面实现突破,其产业规模将至少放大十倍以上。

记者在采访中了解到,郑州三磨所等超硬材料行业的龙头企业已经把超硬材料的功能应用作为主要的发展方向。三磨所针对电子信息、汽车、航空航天、国防军工、家用电器、光伏、LED、风能等行业研究开发出一系列制品,突破了多项关键技术,取得了一批高水平的成果。值得一提的是,三磨所开发出的芯片“切、磨、抛”加工全系超硬材料制品,打破了我国高档精密超硬材料制品主要依靠进口的局面,对我国芯片加工产业的独立自主可控、保障芯片产业技术安全具有重要意义。

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“培育钻石只是我们的一个小项目,并不是我们主要的发展方向,”郑州三磨所相关负责人介绍说,目前,他们正加快推进基于金刚石优异的光、电、热和化学性能的自主研发,力求为未来全行业的发展开辟出更多优质的产业“赛道”。

与此同时,记者获悉,在黄河旋风未来的规划中,将通过合作生产交易共同打造具有全国影响力的集工业用金刚石、线锯与培育钻石、钻石打磨、首饰加工、第三代半导体材料研发、自主品牌培育、电商等上下游于一体的超硬材料产业园区。