超硬材料：引領(lǐng)高端制造業(yè)發(fā)展

金剛石為代表的超硬材料及制品被譽(yù)為“最硬最鋒利的工業(yè)牙齒”。航空航天、國防軍工以及光伏與電子信息等領(lǐng)域里的各種材料高難加工難題，在它面前都迎刃而解。

而在科學(xué)家的眼中，單晶金剛石不光是“工業(yè)牙齒”，還是“終極半導(dǎo)體”。在7月17日召開的中國超硬材料行業(yè)發(fā)展專題研討會(huì)上，有專家甚至表示“沒有金剛石就沒有信息產(chǎn)業(yè)”。

作為一種新材料，超硬材料引領(lǐng)著我國高端制造業(yè)的發(fā)展。

在國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任、中國工程院原副院長干勇看來，超硬材料是新材料領(lǐng)域的一個(gè)重要而獨(dú)特的板塊，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有廣泛的應(yīng)用。

“工業(yè)牙齒”名不虛傳。以金剛石車刀為例，其刃口圓弧半徑可以刃磨到連掃描電子顯微鏡也無法檢測，利用它來切削加工，往往可以直接獲得鏡面。

“利用金剛石超硬的力學(xué)性能，可加工世界上所有的已知材料?！敝袊鴻C(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)高級顧問李志宏告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，“利用其無與倫比的熱光聲電性能，可用于航天員宇宙射線防護(hù)、尖端武器裝備隱身防腐、提高導(dǎo)彈飛行速度與打擊精度、大功率激光探測，可用作大規(guī)模集成電路及LED新光源熱沉等尖端領(lǐng)域?！?/p>

有的手機(jī)一打就發(fā)熱，溫度一高就不工作，原因是它的半導(dǎo)體元器件不耐高溫。集電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)和熱學(xué)等優(yōu)異特性于一體的單晶金剛石將解決這一問題。

金剛石電子器件相比其他半導(dǎo)體器件具有體積小、集成度高和無需制冷的優(yōu)勢。北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授張濤相信，金剛石將引發(fā)新一代半導(dǎo)體技術(shù)的革命。

“超硬材料是石油勘探與礦山開采、機(jī)床機(jī)械與汽車制造、軌道交通、核電、國防軍工與航空航天重大工程以及光伏與電子信息等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中不可或缺的高功能材料。”干勇說。截至2017年底，我國人造金剛石產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的90%以上，立方氮化硼產(chǎn)量已占世界總量的70%以上，我國已成為名副其實(shí)的超硬材料生產(chǎn)制造大國。

目前盡管總體上我國超硬材料的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)已達(dá)世界先進(jìn)水平，但干勇坦言，“在一些高端產(chǎn)業(yè)上還有短板”。

比如在硬質(zhì)合金棒料開槽砂輪領(lǐng)域，高端市場基本被美、日、德等發(fā)達(dá)國家壟斷，國內(nèi)超硬材料砂輪制備技術(shù)雖然一直在發(fā)展之中，但砂輪鋒利度和保型性這一矛盾仍是開槽砂輪的一大難題。

“量小、品種多的產(chǎn)品，企業(yè)都不想干，可短板往往就在這些地方?！敝锌圃涸菏刻镉谰毖?。

這對超硬材料行業(yè)的創(chuàng)新活力、可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)。為此，田永君表示，國家在重視科研的同時(shí)，也應(yīng)該向相關(guān)產(chǎn)業(yè)傾斜，高端前沿靠進(jìn)口是不行的。 (科學(xué)網(wǎng))