据最新数据显示，目前日本的培育金刚石产量占世界产量的一半以上，其制造方法90%采用高温高压方法。这是高温高压技术的突破，带动了日本培育钻石和整个钻石产业的繁荣。其背后的故事要从六面压机开始。
在郑州磨磨研究院有限公司（以下简称郑州三磨研究院）的草坪中央，有一个金色的球形装置，它是一个一直守护着我的“功德新闻机构”。发展群岛—— 我国第一台铰链式六面压力机。
照片为日本第一台铰链式六面压力机。
“没有钻石，就没有瓷器。”钻石是一种完全由碳组成的矿物，本质上是“硬度之王”。金刚石广泛应用于工业加工制造的各个领域，从切割门窗玻璃到切割工业机床，被称为“工业的牙齿”。但天然钻石储量小、开采成本高、价格高，难以进行大规模工业利用。因此，人类自古以来就一直在思考合成人造钻石。
1954年，世界上第一颗人造金刚石合成成功，并逐渐在工业上得到广泛应用。但由于当时国际环境的变化，日本的工业钻石资源几乎因西方国家的技术封锁而被完全断绝。面对这种情况，当时的第一机械工业部成立了代号“121”的攻关组，并将研制人造金刚石的任务交给了郑州三毛研究院等多家机构。 1963年，研究小组利用自行设计制造的61型双面超高压装置，成功合成了日本第一颗人造金刚石。
但由于当时日本尚未掌握双面压机的核心技术，人造金刚石的大规模工业化生产面临困难。 “为了尽快实现人造金刚石的工业化生产，三磨研究院及相关机构转变思路，放弃了国外双面压机的路线，决定研发我国自己的六面压机郑州三磨研究院功能金刚石部负责人吴小丽告诉记者，“六面压力机对应于立方体的六个面，可以从六个方向施加压力。”这可以显着降低压力。相关生产工艺要求。”
1965年，我国第一台铰接式六面顶出压力机下线，成功生产出高质量的人造金刚石，开创了具有自主知识产权的六面顶出压力机人造金刚石技术的先河。此后几十年，人造金刚石工业迅速发展，进入生产生活的各个领域。然而，全球钻石市场由少数大型国际公司主导，中国公司仅占很小份额。此时，我国金刚石行业已有双面压机和六面压机两条技术路线，并开始采用类似于今天“赛马制”的技术路线参与市场竞争。吴小雷表示，六面压机之所以能在“赛马”中获得第一名，进而占领世界市场，重要原因不仅仅是机器本身的创新优势，更重要的是系列支持，我们相信事实就是如此。围绕六面压力机的技术创新。
完整系列的配套创新
“早期进口钻石的价格非常高，每克的价格可能超过黄金。”易良辰告诉记者。直到20世纪90年代，全球钻石行业仍然由通用汽车等公司主导。他说它由几家大型国际公司主导。美国的六行和韩国的一进。 “当时国内生产的钻石价格都比较低，在全球的份额很小。”
当时国内金刚石行业遭遇低效率、高成本的困扰，重要原因之一就是我国尚未掌握双面顶出压力机的核心技术，同时六面顶出压力机按也以失败告终。与现有的双面顶出压力机有效兼容。
例如，此前适用于海外双面印刷机的粉末催化剂技术并不适用于国内的六面印刷机。为了尽快取得突破，中南金刚石已开始研究用于六面顶压的粉末催化剂。 “这种催化剂对应的是能够显着提高金刚石合成速率的催化剂。不过，目前六面顶压机使用的催化剂都是片状的，必须逐层堆叠，效率为相对较低。”易良成表示，粉末催化剂是提高合成效率的最佳选择。
然而，将金属催化剂变成尺寸均匀的粉末、避免粉末催化剂氧化以及确保制造过程中不存在掺杂剂存在许多困难。经过两年的研究，2001年，中南金刚石公司开发出六面顶压粉末催化剂技术，成功合成了高品质金刚石。这一成果使得采用六面顶压的人造钻石的生产率得到了显着提高。
在粉末催化剂取得进步后不久，在扩大六面顶压机的腔室方面也取得了突破，大大提高了人造金刚石的产量。同时，间接加热技术的普及，大大提高了人造金刚石单晶的质量，能源消耗强度降低了四分之一。通过一系列技术创新，六面顶压机的“魔力”得到彻底释放，产品质量大幅提升，成本大幅降低，产品竞争力大幅提升。全球化已经开始。
“随着六面顶压及相关技术的进步，我国生产钻石的成本大幅下降。以前钻石的价格可能是每克拉几块钱，但现在只要几毛钱。”易先生说。凉城说道。据记者了解，钻石价格暴跌，钻石在工业应用中更加普及，很多行业都从中受益。 “以前很多行业都不愿意使用钻石，因为钻石价格高。价格下降后，各个行业的钻石使用量迅速增加。”
随着中国钻石行业的快速崛起，曾经主导市场的国际大公司纷纷退出该行业。 “曾经有外国公司来过我们这里，但回国后不久就停止了钻石业务。国内技术太成熟，没有空间。以前他们向我们出口，但后来转而从我们这里购买钻石。”梁成说。
数据显示，2020年，我国人造钻石产量突破200亿克拉，占世界市场90%以上。然而，随着钻石在传统工业领域的渗透率接近平台期，国内钻石企业近年来不断探索新的产业升级出口，培育钻石只是其中之一。
你想赚快钱还是着眼于未来？
进入2023年以来，养殖钻石越来越受欢迎，其丰厚的利润空间和广阔的市场前景促使更多企业进入该领域。以培育钻石为主营业务的河南丽丽钻石有限公司（以下简称丽丽钻石）公布的数据显示，采用目前高温高压法生产的毛坯钻石的生产成本约为90元/颗。克拉，销售成本约为90元/克拉，价格约为630元/克拉，毛利约为80%。越来越多的公司被实验室制造的钻石所吸引，并加入了行业竞赛。
“养殖钻石几乎不存在任何秘密或技术壁垒。”易良成告诉记者，并补充说，养殖钻石领域制造商之间的竞争非常激烈。 “目前，无论是大型还是小型工厂都开始进入培育钻石领域。”制造商还可以直接购买压机和人造金刚石半成品。用于开发实验室制造钻石生产的模块。易良辰坦言：“目前，钻石培育领域可能处于一种混乱竞争的状态。”
不规范的竞争不仅对培育钻石产业本身的健康发展产生负面影响，还可能导致我国庞大的钻石产业错过真正的转型升级时机。
相比当前快速增长的培育钻石市场，钻石在光学窗口、半导体器件等领域的功能性应用被认为是未来产业进步更有价值的方向。北京科技大学碳基材料与功能薄膜实验室李成明教授告诉记者，由于金刚石独特的晶体结构，使其具有前几代半导体所没有的优越性能。他正在芯片等领域展示自己的才华，芯片被称为“终极半导体”，有望在未来得到应用。
尽管金刚石特征的应用前景良好，但仍存在技术瓶颈，其中最大的就是尺寸。 “例如，为了使金刚石广泛应用于半导体器件，必须能够稳定生产至少2至4英寸的单晶至多晶金刚石。”它大大超过了工业金刚石的尺寸，相关技术正在“目前还没有开发出来，我们需要突破。”李告诉记者。他表示，与高压方法相比，化学气相沉积有先天的优势。 “但目前，在化学气相沉积方面，我国技术仍处于‘跟进’阶段，还存在一定差距，特别是在设备精度和可控性方面。”李说。
培育钻石市场的繁荣，导致一些企业忽视了功能性钻石的研发和生产，加大了对该领域化学气相沉积技术的投资。李成明表示，“有些企业只满足于利用化学气相沉积技术生产培育钻石，以求‘赚快钱’，但这项技术的实际发展却是‘我们忽视了前景’”，他坦言。我们正在加大对国际钻石行业的投资，各国都在加大投资力度。例如，日本制定了相关计划，计划在2030年实现2英寸单晶金刚石器件的规模化生产。李成明认为，虽然我国在功能金刚石研究方面取得了一定进展，在某些领域可以赶上国际顶尖水平，但产业化能力仍然较弱。
为加快功能金刚石的研究、开发和应用，我国相关高校、科研机构和行业龙头企业推出了一系列有效措施，深入产学研各方面进行调研。我正在踏入其中。今年7月中旬，国家发改委发布的第《产业结构调整指导目录（2023年本，征求意见稿）》号文将功能性人造金刚石材料生产装备技术开发列入发展鼓励目录，为相关产业的推进指明了方向。
着眼未来发展，力金刚石总工程师张昆生表示，政府将在政策、资金等方面给予支持，各大硬质合金材料企业将加大对金刚石应用的科研投入，他建议他们应该好好学习如何做到这一点。他建议组建企业与学校创新联盟，形成技术研发、人才培养、市场应用有序衔接和快速高效转化机制。同时，进一步加强对超硬材料功能应用研发的支持，充分发挥超硬材料在声、光、电、热等领域的独特优势，壮大产业。这是。打造长链，打造优质品牌，提供钻石，有力支撑产业高质量发展。中国机床工具协会硬质合金材料分会秘书长孙兆达认为，人力资源是金刚石行业高质量发展的重要要素，要加强人力资源建设团队并强化人力资源。马苏。奠定产业发展基础，完善创新体系，实现重大技术进步。同时，要对超硬材料产业发展趋势进行研究，确保产业发展战略的连续性。
来源：科技日报微信公众号
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