金剛石是什么?金剛石其實(shí)是一種由碳元素組成的礦物,是目前在地球上發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)硬的自然物質(zhì)。這個(gè)我們從它的名字“金剛石”就可以看得出來,金剛石不僅硬度大,并且美麗且透明,在很多領(lǐng)域都可以看到它們發(fā)光發(fā)熱的身影。但是,天然金剛石的產(chǎn)量畢竟有限,隨著科技的進(jìn)步,需要金剛石的地方也越來越多。為了滿足對(duì)金剛石的需求,探索人造金剛石之路就是必然的一步。
為了更好地了解我國(guó)人造金剛石的發(fā)展史,中國(guó)超硬材料網(wǎng)記者一行人懷著激動(dòng)地心情,拜訪了我國(guó)人造金剛石行業(yè)的奠基者----王光祖老師。
中國(guó)第一顆人造金剛石研制者——王光祖
7月5日的早上,陽光正好,中國(guó)超硬材料網(wǎng)記者驅(qū)車到達(dá)王老師家樓下。深呼幾口氣,按捺住激動(dòng)地心情,輕輕地扣響了王老師的家門。走進(jìn)家門,映入眼簾的是王老師的鉆石贊,鉆石贊全文以四字四字的詞語,簡(jiǎn)短而有力的寫出了鉆石的特點(diǎn)和作用。
“你們來了???”正在我們?cè)趯P拈喿x《鉆石贊》時(shí),一句親切的問候傳入我們的耳朵,轉(zhuǎn)頭尋找聲音的來源,我們看到了一位身穿藍(lán)色短袖、黑色長(zhǎng)褲、帶著一副金絲眼鏡的老者。樸素且親切,這是我們對(duì)王老師的第一印象。
當(dāng)我們向王老師表明來意時(shí),王老師顯得很驚訝,沒有想到我們會(huì)對(duì)他們當(dāng)年的經(jīng)歷感興趣,提到當(dāng)年的鉆研過程,王老師的眼睛中流露出堅(jiān)定的光芒,嘴角微微翹起,顯得甚是喜悅。
人造金剛石的誕生
伴隨著王老師緩慢而又低沉的語調(diào),我們仿佛也被帶入了那個(gè)努力探索的年代。20世紀(jì)60年代初,北京打響了人造金剛石戰(zhàn)役的第一槍。當(dāng)時(shí)的中國(guó),面臨著國(guó)際上的技術(shù)封鎖,要想解開人造金剛石的神秘面紗,只能靠自己埋頭鉆研。“可我當(dāng)時(shí)學(xué)的是化學(xué),哪里懂得怎么造金剛石啊。”王老師笑了笑,搖了搖頭,講到:“當(dāng)時(shí)大家都不知道那個(gè)金剛石怎么造,也都沒見過??墒羌热晃覀兘拥搅诉@個(gè)任務(wù),那么我們就必須把它攻克。”
1960年10月,國(guó)家下達(dá)了121研究任務(wù)。當(dāng)時(shí)正值國(guó)家三年自然災(zāi)害的艱苦歲月,面臨重重困難,大家并沒有氣餒,而是在“自力更生、艱苦奮斗”的精神的鼓舞下,決心啃下這塊硬骨頭。我們就在缺乏技術(shù)資料,人力單薄的情況下,開始了這場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)斗。由于當(dāng)時(shí)沒有懂這方面的專家,我們只能靠自己查閱國(guó)家圖書館和情報(bào)??业乃匈Y料,對(duì)當(dāng)時(shí)已發(fā)表的有關(guān)金剛石的10條相變曲線,做了逐個(gè)分析,總結(jié)出了經(jīng)驗(yàn)公式和石墨金剛石平衡曲線,寫出了《人造金剛石合成工藝?yán)碚摶A(chǔ)》,并以此為依據(jù)展開了實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過失敗、改進(jìn)、再失敗、再改進(jìn)的艱苦探索。終于于1963年12月6日晚,在北京通用機(jī)械研究所高壓實(shí)驗(yàn)室里,在我國(guó)自行設(shè)計(jì)與制造的“61”型兩面頂超高壓裝置上迎來了勝利的曙光。在一組編號(hào)為“第32次”的實(shí)驗(yàn)中,合成棒上出現(xiàn)了閃閃發(fā)亮的黃綠色神秘晶體,用這種晶體劃玻璃時(shí),能聽到清脆的吱吱聲,這聲音就是金剛石降臨華夏大地的信號(hào)。經(jīng)過幾天嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕?yàn)分析,終于確定,本次試驗(yàn)產(chǎn)生的黃綠色神秘晶體,就是金剛石。至此,中國(guó)第一顆人造金剛石在北京誕生。
第一臺(tái)六面頂壓機(jī)誕生
鄭州三磨所
為了繼續(xù)擴(kuò)大成果,過渡到生產(chǎn)上去,中華人民共和國(guó)第一機(jī)械工業(yè)部下達(dá)了六面加壓用液壓機(jī)試驗(yàn)研究品試制計(jì)劃的通知?!斑@次任務(wù)的下達(dá),三磨所將我們調(diào)令到濟(jì)南進(jìn)行工作?!蓖趵蠋熤v到:“6x6MN六面頂壓機(jī)制造安裝投入運(yùn)行后,壓機(jī)的同步問題、對(duì)中問題、管接頭去的漏油問題、工作應(yīng)缸的密封問題、液壓系統(tǒng)中各種閥件不正常運(yùn)行問題、放炮問題等技術(shù)難題一一擺到了我們面前。其中放炮是令人最頭痛的。真是困難重重、通途崎嶇,不身臨其境,是體會(huì)不到的。面對(duì)如此多的技術(shù)難題,誰來解決呀!顯然,落到我們攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成員的肩上!”
三磨所黨委書記,專程從鄭州到濟(jì)南第一臺(tái)餃鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)攻關(guān)現(xiàn)場(chǎng)來看望幾個(gè)遠(yuǎn)離單位的“體官兵”。當(dāng)他知道我們用智慧,用辛勞在攻戰(zhàn)“放炮”技術(shù)難關(guān)取得初步成效時(shí),他非常高興給我們頒發(fā)一個(gè)大獎(jiǎng)。你們知道這個(gè)大獎(jiǎng)是什么嗎?王老師問了問我們,“哈哈哈哈,你們肯定猜不到,獎(jiǎng)品是一碗燴面。在那個(gè)物質(zhì)很不寬裕的年代里,就是這么一碗燴面,讓我們幾個(gè)受寵若驚,心潮澎湃,憾概萬千,時(shí)至今日,記憶猶新呀!多么美好的往事呀!”看著眼前這個(gè)因?yàn)橐煌霠Z面而感動(dòng)的老者,王老對(duì)超硬行業(yè)的熱愛讓我們每個(gè)人感動(dòng)。
磨料磨具磨削研究所與鑄造鍛壓機(jī)械研究所合作于1964年4月開始設(shè)計(jì),1965年8月制造安裝完成,從而我國(guó)第一臺(tái)六面頂壓機(jī)誕生。該壓機(jī)的誕生開創(chuàng)了我國(guó)超硬材料發(fā)展的新局面,為超硬材料行業(yè)的形成、發(fā)展、壯大做出了重大貢獻(xiàn)。
中國(guó)第一臺(tái)鉸鏈?zhǔn)搅骓斀饎偸铣蓧簷C(jī)
吹響大型化的號(hào)角
第一臺(tái)鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)制造成功,引起了國(guó)家的重視和關(guān)注。在“壓機(jī)一響,黃金萬兩”的誘惑下,一兩臺(tái)壓機(jī)的小作坊和幾臺(tái)壓機(jī)的小型企業(yè),不遠(yuǎn)千里,長(zhǎng)途跋涉,不辭勞苦到金剛石“圣地”鄭州來取經(jīng),真是熱鬧!為了更好的將壓機(jī)技術(shù)傳播出去,三磨所金剛石服務(wù)小分隊(duì),主動(dòng)走出去到兄弟單位上門送經(jīng)?!皯{借著這個(gè)機(jī)會(huì)啊,我有幸去了咱們國(guó)家的大山南北,也結(jié)識(shí)到了很多不同性格的行業(yè)人士。我可以非常自豪的說,我不辱使命,把咱們?nèi)ニ恼娼?jīng)都送出去啦?!闭f到這里,王老師又是爽朗的哈哈一笑??粗媲斑@個(gè)年過八旬的老人喜笑顏開的面容,我們也不禁被他老人家對(duì)超硬行業(yè)的熱情所感染。
“你們以為這樣就萬事大吉啦,沒有呢?!蓖趵蠋煿恍Γu了關(guān)子后,繼續(xù)講到:“1969年6月,我的團(tuán)隊(duì)根據(jù)合成棒直徑擴(kuò)大不僅有利于單產(chǎn)的增加,更重要的是產(chǎn)品品質(zhì)也隨著提升。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在給第一機(jī)械工業(yè)部申報(bào)的‘人造金剛石大晶體的研究裝置報(bào)告中’,率先明確提出試制6x25MN鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)的設(shè)想。報(bào)告送到部后,沈鴻副部長(zhǎng)問到:“我們現(xiàn)在國(guó)際上六面頂壓機(jī)都有多大的噸位?”我們回答道:“2700/16,200噸門的立方餃鏈構(gòu)成的壓機(jī)?!?/p>
可是,在當(dāng)時(shí)趕超世界先進(jìn)水平思潮的影響下,沈鴻副部長(zhǎng)講:“既然國(guó)際上都有了2700/16,200噸,那我們的6x25MN的壓機(jī)就不要搞了。”于是,沈鴻副部長(zhǎng)大筆一揮,將6x25MN改成6x50MN。該裝置由磨料磨具磨削研究所與鑄造鍛壓機(jī)械研究所共同設(shè)計(jì),由北京二通機(jī)械廠制造。1974年安裝在磨料磨具磨刊削研究所,標(biāo)志著我國(guó)超高壓高溫裝置大型化邁出的大膽步伐。由于大直徑硬質(zhì)合金頂砧質(zhì)量問題,致使上述設(shè)想末未能實(shí)現(xiàn)。雖然這次嘗試失敗,但卻吹響了向大型化的號(hào)角,指明了粗顆粒、高強(qiáng)度金剛石工業(yè)化的生產(chǎn)方向?!?/p>
超硬行業(yè)發(fā)展方向
當(dāng)提到超硬行業(yè)未來發(fā)展時(shí),王老師指出:“目前來說,我國(guó)壓機(jī)的尺寸已經(jīng)完全可以滿足日常的工作需要,我們不應(yīng)只是一昧的停留在追求壓機(jī)大的這一步,而是應(yīng)該向壓機(jī)小型化這個(gè)方向多思考思考,要多在工藝上下功夫,提高工藝技術(shù),打破高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口的壟斷局面。同時(shí)也要在CVD方面進(jìn)行探索?!?/p>
王老師指出:“金剛石作為新一代半導(dǎo)體材料,在前沿科技發(fā)展中扮演著重要角色。金剛石在半導(dǎo)體、輻照探測(cè)等前沿科技領(lǐng)域的應(yīng)用作為搶占國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)制高出點(diǎn)的橋頭堡,必須是關(guān)注的重點(diǎn)。在金剛石半導(dǎo)體器件的應(yīng)用中,可控?fù)诫s技術(shù),也是至關(guān)重要的。目前,金剛石的p型摻雜技術(shù)相對(duì)比較成熟,而金剛石的n型摻雜技術(shù)問題暫無理想的解決方案。
中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)超硬材料及制品專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)
王老師強(qiáng)調(diào):“雖然目前中國(guó)是世界上三大培育金剛石主產(chǎn)國(guó)之一,但中國(guó)企業(yè)制備金剛石采用的主流技術(shù)是HPHT,而更加適用于高質(zhì)量、大尺寸金剛石制備的MPCVD技術(shù)使用比率較低,這個(gè)局面期待盡快改變?!?br/>
王光祖教授在鄭州市新材料產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)揭牌暨項(xiàng)目簽約儀式上講話
“金剛石行業(yè)是個(gè)永不退步的行業(yè),隨著科學(xué)的發(fā)展,該行業(yè)會(huì)越來越重要,這是由金剛石本身的特點(diǎn)決定的。我熱愛超硬行業(yè),熱愛這個(gè)永不退步的行業(yè),因?yàn)閻?,熱情的為她,奉獻(xiàn)了半個(gè)多世紀(jì)的寶貴年華;因?yàn)閻?,與她攜手走過了六十多個(gè)美好的春夏秋冬。超硬行業(yè)是需要你們這些年輕的人的,現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代是你們年輕人的時(shí)代,加油,好好干,超硬行業(yè)的未來就看你們啦?!闭f道此處,王老感慨的拍了拍我們的手背,目光中透露出的期望,像鉆石的光芒那般閃亮。
閃耀的鉆石人生
人活著要有意義,人的一生很短。保爾柯察金有句話是這么說的:“人最寶貴的是生命,生命對(duì)每個(gè)人只有一次。人的一生應(yīng)該這樣度過:當(dāng)他回首往事的時(shí)候,不因虛度年華而悔恨,也不因碌碌無為而羞愧。這樣,在臨死的時(shí)候,他就可以說:“我的一生都獻(xiàn)給了世界上最壯麗的事業(yè)----為人類的解放而斗爭(zhēng)?!蓖趵蠋熒钋榈闹v到:“保爾柯察金他的這句話感動(dòng)了我,也激勵(lì)了我,回望我自己的一生,我感覺這一輩子很驕傲,沒有虛度?!?/p>
經(jīng)過一上午和王老的交流,了解了那個(gè)年代許多不為人知的感動(dòng)。坐在車上,想起出門前,王老那個(gè)期許的目光和堅(jiān)定的身姿,心里更是感慨萬千。窗外陽光正好,仿佛和蒸蒸日上的超硬行業(yè)有異曲同工之妙。愿該行業(yè)所有人員都可和王老一樣:“擇一事,終一生,熱愛可抵歲月漫長(zhǎng)?!?/p>