中國(guó)不僅是個(gè)有年產(chǎn)四五十億克拉金剛石材料的超級(jí)大國(guó)，而且也是金剛石工具生產(chǎn)大國(guó)。金剛石工具的出現(xiàn)與應(yīng)用，有力促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，具有劃時(shí)代的意義。越來(lái)越多的事實(shí)證明，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，更是離不開(kāi)金剛石工具的創(chuàng)新。
中國(guó)生產(chǎn)各種品級(jí)的金剛石材料為金剛石工具的大發(fā)展提供了充分的資源。如此豐富的資源，只有做成工具服務(wù)于社會(huì)，才能充分體現(xiàn)出真正的技術(shù)價(jià)值和顯現(xiàn)其王者的風(fēng)范。
中國(guó)金剛石工具的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，滯后于金剛石材料的發(fā)展是業(yè)內(nèi)人士的共認(rèn)。目前中國(guó)金剛石工具工業(yè)的現(xiàn)狀不曉得用“仿制品、中、低檔產(chǎn)品是主流；自主創(chuàng)新產(chǎn)品鳳毛麟角，高端產(chǎn)品寥寥；中、低檔市場(chǎng)非我莫屬，專業(yè)市場(chǎng)為人所壟斷”來(lái)概括是否合適。如果這個(gè)判斷基本正確的話，那么，如何突破落后的重圍，則是個(gè)亟待解決的問(wèn)題。為此，我們擬從金剛石工具發(fā)展的戰(zhàn)略思想、有利條件、把握機(jī)遇和突出重點(diǎn)等幾個(gè)方面談點(diǎn)初淺之見(jiàn)。
1、發(fā)展、戰(zhàn)略
金剛石工具發(fā)展方針：
“圍繞支柱、突出重點(diǎn)、瞄準(zhǔn)高端、開(kāi)拓創(chuàng)新”。
圍繞信息、汽車、建筑、能源等支柱產(chǎn)業(yè)。
突出高效、高精、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等重點(diǎn)問(wèn)題。
瞄準(zhǔn)高端市場(chǎng)，走品牌之路，向歐美市場(chǎng)進(jìn)軍。
2、把握機(jī)遇
2.1 部分發(fā)達(dá)國(guó)家市政公路施工中已明文規(guī)定在高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道、公共廣場(chǎng)修復(fù)中必須用金剛石鋸片進(jìn)行切割，禁止采用傳統(tǒng)的手工開(kāi)挖。
2.2 歐美等國(guó)家的高速公路和機(jī)場(chǎng)均已近百年的歷史，已進(jìn)入修補(bǔ)、重建高峰期。
2.3 亞洲發(fā)展中國(guó)家則正開(kāi)始高速公路、大型機(jī)場(chǎng)興建高峰期。
預(yù)計(jì)未來(lái)5~10年內(nèi)，金剛石工具的需求仍保持每年10%以上的速度增長(zhǎng)。
2.4 金剛石工具制造業(yè)的重心正在經(jīng)歷由制造費(fèi)用昂貴西方歐、美國(guó)家向原材料、勞動(dòng)力成本相對(duì)較低廉的亞洲國(guó)家不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)移。在未來(lái)的幾年里專業(yè)金剛石工具生產(chǎn)將迎來(lái)這一轉(zhuǎn)移的高峰期，也是中國(guó)廠家面臨“跨越式發(fā)展”的歷史機(jī)遇期。
3、突出重點(diǎn)
我國(guó)金剛石工具制造商未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是向附加值高的專業(yè)工具市場(chǎng)進(jìn)軍，由僅占市場(chǎng)總額的DIY市場(chǎng)，向市場(chǎng)總額80%的專業(yè)市場(chǎng)過(guò)渡，是中國(guó)金剛石工具廠家獲得發(fā)展機(jī)遇的必然選擇。
我國(guó)金剛石工具企業(yè)必須加強(qiáng)內(nèi)部合作協(xié)調(diào)發(fā)展，著重做好以下幾個(gè)具有潛力領(lǐng)域的文章。
3.1 PCBN和PCD刀具
表1、復(fù)合超硬材料刀具市場(chǎng)占有率
| 公司 | 市場(chǎng)占有率 |
|---|---|
| 元素六公司 | 30.00% |
| DI公司 | 20.00% |
| 日本住友 | 18.00% |
| 韓國(guó)日進(jìn) | 9.00% |
| Mega Diamond | 4.50% |
| Tomei Diamond（日本東明） | 4.50% |
| Dennis Tools | 4.00% |
| 其它 | 6.00% |
| 合計(jì) | 100% |
2009年主要復(fù)合超硬材料的市場(chǎng)容量如下：
石油用PCD全球市場(chǎng)容量約97億人民幣，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量約為6億人民幣。
煤礦山用全球市場(chǎng)容量超過(guò)200億人民幣。
拉絲模坯目前全球市場(chǎng)容量為5億人民幣。
刀具用PCD復(fù)合片的市場(chǎng)容量也達(dá)到100億人民幣以上。
2009年全球石油用鉆頭市場(chǎng)容量預(yù)計(jì)將達(dá)到400億人民幣。
礦山用鉆頭市場(chǎng)容量接近1000億人民幣。
復(fù)合超硬材料刀具的市場(chǎng)容量為500億人民幣左右。
3.2 高速磨削技術(shù)
高速磨削是一種集高效、優(yōu)質(zhì)于一身的先進(jìn)制造技術(shù)。國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將它確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。
在難加工材料的高速磨削中，主要使用超硬磨料砂輪。大幅度提高生產(chǎn)效率及加工質(zhì)量并降低成本。
高速、高效、高精度磨削已成為CBN磨削技術(shù)主流。使用速度80~120m/s,150~200m/s的砂輪逐步進(jìn)入實(shí)用階段。
3.3 金剛石串珠繩鋸
我國(guó)荒料開(kāi)采已進(jìn)入金剛石繩鋸時(shí)代。不久的將來(lái)，中國(guó)將成為世界金剛石繩鋸的加工基地。金剛石繩鋸開(kāi)采技術(shù)是當(dāng)今世界石材開(kāi)采的主流，是石材礦山開(kāi)采現(xiàn)代化的標(biāo)志。中國(guó)是世界石材大國(guó)，石材資源、石材加工、產(chǎn)品消費(fèi)和國(guó)際貿(mào)易額均居首位。不言而喻，其發(fā)展空間巨大。使其成為21世紀(jì)“綠色”拆近工具的首選。在礦山開(kāi)采，石材鋸切及大型建筑的構(gòu)件工程中得到成功應(yīng)用和推廣。2007年，金剛石繩鋸在國(guó)內(nèi)大理石和花崗巖開(kāi)采約100個(gè)礦山投入使用，一粗略估計(jì)2007年產(chǎn)量超過(guò)40萬(wàn)m，產(chǎn)值超億元，出口量約占12%~15%。
3.4 高精度超薄片
高精度超薄超硬材料切割砂輪是指直徑為50~200mm、厚度01~1.0 mm、厚度公差±0.002~0.005 mm、平行度或平面度小于0.002~0.005 mm、內(nèi)孔精度為H6、同心度＜0.01 mm的超薄型金剛石或CBN切割砂輪，簡(jiǎn)稱超薄片。
經(jīng)鄭州磨料磨具磨削研究所專家攻關(guān)，于2001年在國(guó)內(nèi)率先取得成功。填補(bǔ)了超薄片的成套制造技術(shù)的國(guó)內(nèi)空白。產(chǎn)品尺寸精度、形位精度以及各項(xiàng)使用性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。
3.5 半導(dǎo)體工業(yè)硅材的加工
目前95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路（IC）是用硅材料制成的。因此，硅材料生產(chǎn)及其加工在半導(dǎo)體與集成電路生產(chǎn)中具有重大作用與地位。我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的規(guī)模與世界差距甚大。20世紀(jì)末，世界上共有芯片生產(chǎn)線949條，我國(guó)僅25條，占世界的2.6%。2000年世界半導(dǎo)體行業(yè)銷售總額達(dá)2221億美元，而我國(guó)僅為31.3億美元，為世界銷售額的1.4%。規(guī)劃到2010年我國(guó)集成電路產(chǎn)量要達(dá)到500億塊，銷售額超過(guò)2000億元。占世界市場(chǎng)的份額為5%，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求達(dá)50%
3.6 固結(jié)磨料金剛石線鋸
到目前為止，硅晶半導(dǎo)體硬脆材料切割主要采用游離磨料線切割鋸切技術(shù)。
作為芯片的單晶硅片，加工精度要求非常高，經(jīng)過(guò)切割、研磨、拋光等機(jī)械加工后表面粗糙度要求達(dá)到納米和亞納米。在整個(gè)加工工序中，切割加工占有很重要的地位。
切割表面粗糙度及其它質(zhì)量指標(biāo)影響成品率，切割費(fèi)用在整個(gè)加工成本中占有很大比例。線鋸具有切縫窄、鋸切效率高、切片質(zhì)量好、對(duì)環(huán)境污染小、能加工大直徑工件等優(yōu)點(diǎn)。
表2、半導(dǎo)體硅晶圓（芯片）加工用的金剛石工具
| 序號(hào) | 晶圓（芯片）加工工序 | 應(yīng)用的金剛石工具 |
|---|---|---|
| 1 | 單晶硅錠截?cái)?/td> | 外圓或內(nèi)圓切割鋸片 |
| 2 | 單晶硅晶錠磨外圓 | 金剛石電鍍或燒結(jié)杯形砂輪 |
| 3 | 切片 | 內(nèi)圓電鍍金剛石鋸片，加SiC切割，金剛石電鍍線切割 |
| 4 | 晶圓倒角 | 槽形小砂輪研磨 |
| 5 | 磨削（精磨與精磨） | 杯形金剛石砂輪端面磨削 |
| 6 | CMP化學(xué)機(jī)械拋光 | 金剛石電鍍修整器嵩溫釬焊金剛石均布修整器，PCD修整器 |
| 7 | 晶圓背面減薄磨削 | 平面砂輪磨削，杯形剛石砂輪端面磨削 |
| 8 | 劃片 | 電鍍無(wú)輪轂與有輪轂鋸片，樹(shù)脂結(jié)合劑鋸片 |
目前發(fā)展方向?yàn)椋?/p>
（1） 提高線鋸的制造效率；
（2） 提高金剛石線鋸的使用壽命；
（3） 提高切割質(zhì)量。
3.7 加大納米金剛石應(yīng)用的開(kāi)發(fā)力度
納米金剛石是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的金剛石結(jié)構(gòu)和功能材料之一。納米金剛石兼具有金剛石和納米顆粒的雙重特性。納米金剛石是利用炸藥所產(chǎn)生的瞬時(shí)超高壓高溫使石墨或炸藥中的游離碳轉(zhuǎn)變成金剛石的。
2000年后，納米金剛石及其下游產(chǎn)品的研發(fā)工作曾出現(xiàn)過(guò)一個(gè)不大不小的“熱潮”。納米金剛石生產(chǎn)線拔地而起，兩三年內(nèi)納米金剛石材料的產(chǎn)業(yè)化初具規(guī)模，產(chǎn)能超億克拉。產(chǎn)品有納米金剛石單晶和納米金剛石多晶。為下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了資源。
納米金剛石有望用于：
（1）拋光液，計(jì)算機(jī)磁頭工業(yè)使用的微米級(jí)拋光液已不能適應(yīng)計(jì)算機(jī)磁頭的發(fā)展。加工1m2的表面，納米金剛石的單位消耗為0.01~0.01KG。
（2）潤(rùn)滑液，作為內(nèi)燃機(jī)磨合油的添加劑是近來(lái)才出現(xiàn)的一個(gè)研究方向。納米金剛石的單位消耗1000KG潤(rùn)滑油中為0.01~0.02KG。
（3）復(fù)合電鍍，材料的復(fù)合化是材料發(fā)展的必然趨勢(shì)，復(fù)合鍍層已成為表面工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
（4）涂料，汽車及建筑工業(yè)用特種涂料有880萬(wàn)美元的市場(chǎng)，到2007年增長(zhǎng)為1210萬(wàn)美元，且呈不斷增長(zhǎng)的勢(shì)頭。
（5）隱身材料，用少量納米金剛石懸浮在涂料中，將其涂在飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、軍艦上，可以起到隱形防腐作用。
（6）醫(yī)療，納米金剛石可應(yīng)用于腫瘤學(xué)、腸胃學(xué)、心臟學(xué)、血管疾病的診治。一個(gè)療程約需0.02~0.05克的納米金剛石。
由于納米金剛石的分散技術(shù)和分級(jí)技術(shù)問(wèn)題解決得不十分理想，而制約著它的應(yīng)用。
盡管納米金剛石在應(yīng)用中仍遇到種種技術(shù)難題，我們常州華中集團(tuán)有限責(zé)任公司還是準(zhǔn)備去嘗試嘗試。
4、制造金剛石工具的新技術(shù)亮點(diǎn)
4.1 釬焊技術(shù)
被業(yè)內(nèi)權(quán)威專家評(píng)價(jià)為金剛石工具制造的一項(xiàng)極具革命意義的創(chuàng)造發(fā)明。
4.2 納米技術(shù)
納米陶瓷結(jié)合劑的成功開(kāi)發(fā)，解決了目前傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑難以解決的低溫?zé)Y(jié)問(wèn)題。
4.3 均布技術(shù)
在進(jìn)行切邊修整試驗(yàn)中，金剛石顆粒有序排列鋸片，其壽命比無(wú)序排列的鋸片的壽命提高20%，而功率消耗卻低15%。
在混凝土的切割試驗(yàn)中，金剛石顆粒有序排列的鋸片，與以前用普通法制作的鋸片相比，刀具壽命提高40%，而切割速度則提高了70%。
將來(lái)，利用最優(yōu)的控制技術(shù)控制金剛石顆粒的間距，并依據(jù)應(yīng)用和工作條件尋求最優(yōu)的顆粒有效內(nèi)部間距，將會(huì)制作出最出色的金剛石鋸片。即金剛石顆粒的有序排列技術(shù)的應(yīng)用將改變金剛石刀具的設(shè)計(jì)觀念。即傳統(tǒng)方法的類比觀念必將利用這種機(jī)會(huì)改變成數(shù)字觀念。
4.4 預(yù)合金技術(shù)
金剛石工具替代鈷粉的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，是一項(xiàng)具有明顯經(jīng)濟(jì)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值的課題。提高了胎體的致密性和均勻性，從而改善胎體的磨損狀態(tài)?？梢蕴岣咛ンw對(duì)金剛石的包鑲能力，且抗沖擊能力也好。不易氧化，便于保存，并可簡(jiǎn)化工具的制造工藝，經(jīng)濟(jì)效益較好。
5、展望
5.1 創(chuàng)建若干各具特色的金剛石工具制造龍頭企業(yè)、擁有高素質(zhì)研發(fā)人才團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)測(cè)試裝備的研究中心，以及現(xiàn)代化管理的生產(chǎn)基地。
5.2 解放思想，堅(jiān)定不移地走發(fā)展品種、創(chuàng)品牌的自主創(chuàng)新之路。因?yàn)閴?mèng)想，所以我們創(chuàng)造；因?yàn)閯?chuàng)造，所以我們進(jìn)步；因?yàn)檫M(jìn)步，所以我們產(chǎn)生新的夢(mèng)想……
5.3 我們深信，只要全行業(yè)共同攜手，用當(dāng)年抓粗顆粒高強(qiáng)度金剛石技術(shù)攻關(guān)的勁頭，金剛石工具工業(yè)做強(qiáng)做大的目標(biāo)定能實(shí)現(xiàn)。
