○金剛石產(chǎn)業(yè)哪兒最“硬”？
       ○國內(nèi)要看河南 河南還看鄭州
       “鉆石恒久遠，一顆永留傳”，在生活中鉆石是財富和愛情的象征。而鉆石呢，就是經(jīng)過琢磨的金剛石。
       金剛石是自然界已知最硬的物質(zhì)，很多人對它們充滿了好奇。在位于鄭州的一個實驗室，有一幫人每天和金剛石打交道，他們是研究超硬材料磨具的科學(xué)家。
       小到手機屏幕，大到航天零部件，都需要采用超硬材料磨具進行磨削加工，想把一切材料打磨好的科學(xué)家們，也為我們揭示了鉆石的另一面。
       他們已對鉆石
       “沒感覺”
       “趙哥，你結(jié)婚鉆戒也沒有給老婆買，她是怎么同意的？”正在籌備婚事的小李，向已經(jīng)結(jié)婚生子的同齡人趙炯“請教”經(jīng)驗。
       “很簡單，你就給女朋友解釋一下，咱每天和金剛石打交道，鉆石雖然比金剛石純度比高、晶型好，但畢竟都是碳元素，沒啥本質(zhì)區(qū)別。”趙炯說，錢多得花不完可以買，手頭緊張就沒必要了。
       趙炯和小李，都在位于鄭州高新區(qū)的超硬材料磨具國家重點實驗室（簡稱實驗室）上班。
       實驗室的主要研究對象，就是金剛石（主要是人造金剛石）、立方氮化硼這類超硬材料，根據(jù)生產(chǎn)要求開發(fā)出超硬材料磨具。
       金剛石是自然界已知最硬的物質(zhì)，在生產(chǎn)中，一些零部件是用鈦合金制造的，耐高溫的合金還有高溫陶瓷加工而成，這就需要用上以金剛石為原材料的超硬材料磨具進行加工，從而讓生產(chǎn)更加高效、節(jié)約。
       而所有的這些磨具，還廣泛應(yīng)用于航空航天、電子信息、汽車制造、制冷、光伏等行業(yè)零部件的精密、高效、綠色加工。
       這兒的科學(xué)家都研究啥
       要想完成高效、節(jié)約生產(chǎn)，離不開實驗室科學(xué)家們不斷攻克行業(yè)難題。比如研究“新型超硬磨具設(shè)計與先進制造技術(shù)與理論”、“超硬磨具磨削技術(shù)與理論”等。
       科學(xué)家們還需要通過對陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑、電鍍金屬結(jié)合劑配方進行研究，把金剛石等制成超硬材料磨具。
       那些結(jié)合劑，其實就是黏結(jié)劑。因為金剛石和立方氮化硼都是顆粒狀，都沒有支撐，需要將其黏結(jié)形成塊狀的產(chǎn)品，然后再做成磨具。
       用黏合劑把金剛石黏合做成磨具，聽起來那么簡單，難道還需要專門的國字頭實驗室來做研究嗎？
       回答是肯定的。之所以開發(fā)超硬材料磨具，是因為新的科技應(yīng)用需要新的生產(chǎn)技術(shù)進行匹配生產(chǎn)，這就對超硬材料磨具本身的技術(shù)提出了要求。
       比如開發(fā)碳纖維機體砂輪，就用在汽車曲軸等加工上，而通過對金剛石、立方氮化硼的應(yīng)用研究，也能做出打磨航天飛機發(fā)動機零部件、玻璃切槽磨具等。
       航天航空材料最需“耐磨”
       航空航天零部件，很多是用鈦合金、鎳合金、碳纖維等硬度很高的材料制作而成，而且做出來的零部件比較復(fù)雜。
       比如，航天航空上用的發(fā)動機零部件，有很多是先用模具壓出后，再磨削以達到設(shè)計要求。而普通磨削工具對這些材料的磨削效率非常低，損耗也大，要解決這些難題，就需要超硬材料磨具。
       “其實，對超硬材料磨具的需求，還出現(xiàn)在手機生產(chǎn)中。”實驗室高級工程師王志強說，從藍寶石手機屏幕的切割磨削，到手機芯片、CPU等精密儀器的制造，都離不開這類高精密磨削工具，“像蘋果、樂視、華為等手機，在一些生產(chǎn)過程中，都曾使用過我們實驗室攻克的高精密分割技術(shù)”。
       “微米砂輪”填補國內(nèi)空白
       實驗室的高級工程師夏舉學(xué)，主要研究方向就是藍寶石倒邊加工磨具。
       他所在的團隊，會根據(jù)客戶的要求做出相應(yīng)的耐磨藍寶石磨削工具，幫客戶制作出達標(biāo)的藍寶石產(chǎn)品。
       在夏舉學(xué)和他的同事眼中，藍寶石就是氧化鋁，鉆石就是高品質(zhì)的金剛石。在很多人的觀念中，生產(chǎn)磨具就是做砂輪，而他們也是做砂輪。
       其實，砂輪只是一個通俗的叫法，別忘了他們的實驗室名字的最前面，還有“超硬材料”四個字。他們的實驗室，就是專門“啃硬骨頭”的。
       據(jù)該實驗室工作人員介紹，實驗室各項目組攻克的難題，也曾填補多個國內(nèi)空白。比如實驗室研發(fā)的主要用在芯片制作前端的晶圓制作的15～60微米電鍍超薄金剛石切割砂輪，“這種技術(shù)，也已達到國際先進水平，打破了長期以來國外發(fā)達國家對我國的技術(shù)封鎖”。
       “以前，我們國家沒有制作這類砂輪的成型、燒結(jié)工藝。”高級工程師王志強說，實驗室掌握的這門技術(shù)，改變了我國電子信息產(chǎn)業(yè)集成電路分割用金剛石切割砂輪全部依賴進口的現(xiàn)狀，也解決了集成電路晶圓高精密分割的技術(shù)難題，而超硬材料磨具的未來，就是對電子信息行業(yè)磨具的開發(fā)，“因為這個行業(yè)磨削類型比較多，遇到的磨削問題還有很多需要逐個攻克”。
       科學(xué)家談鉆石 詳解啥是人造與天然
       接觸了超硬材料磨具國家重點實驗室的科學(xué)家們，忍不住會向他們了解些與鉆石有關(guān)的知識。雖然，這些可能并不是他們的研究方向，但與一般人比起來，作為每天和金剛石打交道的科學(xué)家，對鉆石，他們會怎么看？ □東方今報記者 章衡/文 張曉冬/圖
       ◎人造鉆石影響鉆石市值
       鉆石形成于地球內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境，因為對形成條件要求高，導(dǎo)致其數(shù)量稀少，在人類社會中鉆石也被認(rèn)為是高貴的象征。
       但在實驗室工程師看來，人造鉆石就是石墨同素異形轉(zhuǎn)變物。
       “2014年，人造鉆石開始火起來。” 實驗室工程師祝小威說，生產(chǎn)人造鉆石，需要使用六面頂壓機，上下左右前后，從六個面全方位向機器中間放的石墨按審定好的升溫曲線和升壓曲線加熱加壓，“但如果僅僅是壓的話，效率會比較低，這就需要觸媒提高效率，提升鉆石顆粒”。
       隨著工藝的進步，很多金剛石生產(chǎn)廠家有了生產(chǎn)大直徑鉆石的能力，而純度比較高、晶型比較好的寶石級鉆石的價位，更是吸引了眾多廠家加入生產(chǎn)人造鉆石的大軍之中。
       本來稀少的東西竟然開始批量生產(chǎn)，這些人造鉆石投入市場后，對鉆石的價格會產(chǎn)生多大影響呢？
       祝小威告訴記者，這肯定會很大程度上沖擊鉆石價格，未來普通鉆石的價格，可能會降低三分之一。“但鉆石分好多等級，寶石級的鉆石還是很珍貴的”。
       ◎鉆石的人造和天然咋區(qū)別
       祝小威透露，現(xiàn)在行業(yè)也在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就像轉(zhuǎn)基因食品一樣，在出售時也必須標(biāo)明“哪些是人造鉆石，哪些是天然鉆石”，“人造鉆石成品肯定比天然鉆石要便宜，不過，若不借助專業(yè)的鑒定儀器，普通人很難看出天然鉆石和人造鉆石的區(qū)別”。
       既然普通人很難區(qū)分人造鉆石和天然鉆石，那么整天和金剛石打交道的科學(xué)家們能鑒別其真?zhèn)螁幔?br />        “人造鉆石在合成時，觸媒的類型有很多種，其成分也不一樣。而那些合成石觸媒，也有可能會沁到金剛石里面，人造鉆石的硬度和耐高溫性，也都沒有天然金剛石高。” 實驗室工程師趙炯說，雖然人造鉆石和天然鉆石都是透明的，但因為觸媒的原因，有些人造鉆石成品在顏色上會和天然鉆石有差別，這個比較好鑒別。但如果是純度比較高的人造鉆石，目前國內(nèi)是檢測不出來的，需要拿到國外一些鑒定機構(gòu)去檢測，才能鑒定是否為人造鉆石。
       ◎隕石會為我們帶來鉆石嗎
       對于“為什么南非盛產(chǎn)鉆石”這個話題，每天和鉆石打交道的多位工程師認(rèn)為，這是由于南非曾經(jīng)是地殼運動非常活躍的地區(qū)，“地殼運動正好可以滿足鉆石形成所需要的高溫高壓條件”。
       對于隕石的成分，很多人也非常好奇，而隕石在沖向地球時會有高溫，在撞擊地球時也會產(chǎn)生壓力，那么，隕石會為我們帶來鉆石嗎？
       實驗室的工程師稱，隕石不僅僅在撞擊地球時會有高壓，其實在進入大氣層時就已經(jīng)承受了巨大的壓力，而且在和大氣層摩擦過程中，也有壓力產(chǎn)生，這樣計算下來，天然鉆石產(chǎn)生所需要的高溫高壓，隕石都有，“隕石帶來鉆石還是很有可能的”。