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这家企业曾打破国外垄断,引领中国金刚石工具国产化浪潮

来源:新材料在线|

发表时间:2021-03-17

点击:21991


新材料在线®

《大国之材》原创文章,转载请联系微信:EILIG2014

新材料在线 ID:xincailiaozaixian

图片:受访人提供、图虫创意


1963年,中国科学家成功合成了我国第一颗人造金刚石,前后用了两年多时间,圆了国内外众多人的百年梦想,走完了工业发达国家用了10多年才走完的路程。


作为一种新材料,以金刚石为代表的超硬材料在航空航天、国防军工、光伏及电子信息等国民经济建设中得到了广泛的应用,引领着我国高端制造业的发展。


近年来,中国已经成为了世界工厂,国内人造金刚石产量也迅速增长。数据显示,我国人造金刚石产量已占世界总产量的90%以上,成为名副其实的超硬材料生产制造大国。


但“大国”不等于“强国”,我国超硬材料在高端产业的应用上仍存在短板。可喜的是,这种局面在以北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司(以下简称“安泰超硬”)等为代表的企业的努力下,正在不断被打破。


近日,《大国之材》独家专访了业内资深专家、安泰超硬总工程师/副总经理刘一波


“说实话,作为行业内一员,肯定由衷期盼超硬材料行业可以发展得更好。”刘一波刚从郑州参加完专业会议回到北京,风尘仆仆。但在讲起超硬材料时,语调仍是不自觉上扬。


在他的回忆下,安泰超硬与我国超硬材料行业的发展画卷,徐徐展开。


△ 右一为刘一波


01

从“进口”向“出口”转变


作为切削用金刚石工具,金刚石锯片具有成本低、效率高等特点,广泛应用于地质勘探、石材、机械轴承、半导体、蓝宝石、复合材料、汽车及国防工业等各个领域。


在上世纪80年代早期,中国的金刚石工具产业才刚刚起步。当时,刘一波正在武汉工业大学(现武汉理工大学)求学。


“那会儿,金刚石还不是一个专业,更谈不上超硬材料了。”那个年代,洋品牌的金刚石单晶、刀头、机体、机具一统天下,且产品价格非常昂贵,中国的金刚石工具主要依赖进口。


为了摆脱国外企业垄断的局面,中国钢研科技集团(原钢铁研究总院)于 1993 年创建北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司。经过不懈的攻关,率先在国内开发出冷压烧结金刚石锯片、热压烧结金刚石锯片、激光焊接金刚石锯片、金刚石绳锯等重大工艺。



更振奋人心的是,安泰超硬开发的粉末触媒合成材料全套技术,为中国的人造金刚石产业做出了巨大贡献。


在技术开发进程中,作为技术核心骨干乃至主导人的刘一波创新性地提出了金刚石工具设计“三个五”原则:金刚石品级、浓度、粒度、外形与处理、分布的五要素;工具胎体的耐磨性、把持性、烧结性、焊接性、成形性五特性;金刚石工具制造工艺、结构设计、质量可控制性、生产效率、设计成本五要素。虽然他自己没有提及,但这对安泰超硬和国内各行业金刚石工具的设计、研究开发都具备良好的指导意义。


发展至今,安泰超硬拥有金刚石刀头、金刚石锯片、金刚石工程钻、金刚石磨轮、钎焊金刚石工具和精密超硬砂轮等系列产品,共计 3000 余种产品,产品均拥有自主知识产权,年产各类超硬材料工具 1000 万件以上,产品 80%以上出口美国和欧盟地区,占我国同类产品出口量的 20%左右,是国内最大的金刚石工具出口基地之一。



“在质量稳定性、可靠性和技术工艺方面,安泰超硬的产品已达到国际先进水平,得到了欧美、日本等国外主流用户以及国内同行的认可,逐渐成为超硬材料的引领者。”如今担任安泰超硬总工程师/副总经理的刘一波颇为欣慰。


而在安泰超硬等企业的不懈努力下,目前,中国已经成为全球最大的超硬材料基地,产量占全球90%以上。中国的超硬材料行业形成了规模化,产品除满足国内市场需求外,凭借性价比优势“扬帆”海外市场。


02

用创新点亮前行“明灯”


世界经济发展的全球化趋势早已成为定局。


芸芸企业,只有不断提升创新能力、掌握关键核心技术,才能拔尖冒头。


作为一家有科研院所历史背景的科技型公司,安泰超硬一直坚持“四新”(新工艺、新技术、新产品、新应用)作为公司的产品开发核心,并通过技术的牵引获得市场竞争优势。刘一波表示,安泰超硬的研发人员通常会根据市场需求,通过深入的技术研究,研发出具有市场竞争力的产品。


这种以市场为导向的研发思路,像是茫茫大海上的一盏明灯。


△ 安泰超硬管理团队


安泰超硬在国内率先实现了超细预合金粉、非晶态合金粉末等应用于金刚石工具的配方设计开发,从而形成具有钢研特色的安泰超硬专业金刚石工具胎体系列胎体配方,并根据应用领域和切割对象的不同特性,解决了激光焊接过渡层与刀头配方的匹配,粉末烧结体和钢基体的结合强度等问题,确保实现了焊接和烧结产品抗弯强度达到 900MPa 以上的国际先进水平,成为从 2004 年起国内唯一一家工具产品通过 OSA 组织(欧盟磨削工具安全组织)认证会员企业。


目前,安泰超硬拥有500余名员工,50多项专利 ( 其中18项为国家发明专利);主持和参与制定 8 项国家和行业标准,是超硬材料行业的龙头企业之一。


最近几年,安泰超硬开发新兴工业材料(硬脆难加工材料)金刚石工具制备技术,实现了在光伏、LED 和半导体领域晶硅、蓝宝石等硬脆材料超精细加工用金刚石套料钻、超薄切割片、减薄砂轮等产品国产化,全面替代进口,填补国内空白,达到了国际先进水平。


刘一波表示,安泰超硬将会继续加大研究超硬材料在工业市场的应用力度,实施相关多元化战略,以金刚石工具为基础,拓展、延伸、整合超硬材料产业链,为机械加工、半导体、光电行业等新兴产业提供精密工具和解决方案,加快我国高端制造领域的产业化步伐。


03

“硬拳之路”正当时


“拳头硬”,才是王道。


诚然,经过三十余年快速发展,中国超硬材料行业迈出了一大步。特别是人造金刚石和立方氮化硼的加工领域,在世界上享有市场上的话语权,产品质量和技术水平已达到世界先进水平。但中国超硬材料产业发展仍然面临着众多挑战。


第一,低价竞争。随着国内企业投资规模逐渐增大,由于规模化生产带来的成本优势,从而严重导致产品价格的下降,并最终压缩企业的盈利空间。虽然竞争最终会拓宽超硬材料的市场,但激烈的竞争仍会给企业带来较大的挑战。


第二,知识产权薄弱。多数企业的知识产权受到侵犯,严重挫伤了超硬材料行业自主创新的动力。随超硬材料行业市场竞争愈加激烈,知识产权保护意识亟待加强。


第三,创新能力不足。国内超硬材料设计创新动力不足,产品重复率高,市场同质化现象越来越凸显,导致市场秩序被打乱,市场竞争陷入恶性循环。


第四,国际环境变幻莫测。2018年美国发起对中国几乎所有输美商品的贸易战,超硬材料类商品包含其中,对行业发展造成了非常不利的影响。


刘一波在超硬材料行业行走数十载,同时还担着中国机床工具协会超硬材料专家委员会委员、中国磨料磨具协会标准委员会副主任兼超硬材料与制品标准委员会主任等职责,常常被忧虑包围着。


与众多行内人意见一致,他也认为,中国超硬材料行业急需加快转型升级,培育国际高端客户群,营造好的政策环境,提高创新能力,加强保护自主知识产权,不断提高自动化智能化制造水平,为客户提供优质解决方案。


“与此同时,配套领域要适应行业发展需求,市场竞争秩序要规范,市场营销、品牌建设等方面也要适应新时代制造业发展的新形势。只有这样,我国超硬材料行业才能得到稳定健康的发展。”


关于金刚石的应用发展和行业未来的走势,刘一波做出了一番阐述。他认为,在已充分利用超硬材料性能优势的基础上,行业可以通过自身创新扩大应用领域,具体如下:


一是由于金刚石合成技术进步,使得其价格进一步降低,在替代传统硬质材料(硬质合金和各种磨料)方面体现性价比优势,将会在应用领域有更多作为,目前在行业已有体现;


二是宝石级金刚石合成技术的成功,将孕育出一个首饰级市场的发展机会;目前国内已在起步运行;


三是由于金刚石具有最佳的声光电热性能,围绕功能金刚石开发利用成为行业研发热点,未来在最高端的电子材料、热扩散管理材料、窗口材料等方面的应用发展将改变超硬材料行业的格局,行业人士预测目前以金刚石硬度为主的应用将是未来金刚石应用的一个小分支;


四是目前最成熟的金刚石硬度为主的应用发展趋势是常规的锯切钻进磨削工具,将随着金刚石价格下降,设备自动化,环保,新产品等因素进一步降价,价格战还会保持相当长的时间,但专业的工程施工工具、油气钻采、数控加工及自动生产线用各类超硬磨具刀具、广电(单晶硅、蓝宝石等)精细精密加工工具还是美欧日产品为主,国内企业努力进取仍有分享这个高端市场市场的机会。


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THE END




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