我們金剛石方面也應(yīng)該有硬件和軟件之分，有人認(rèn)為有了設(shè)備就會有優(yōu)質(zhì)粗顆粒金剛石，這是一種片面性的觀念，是錯誤的。應(yīng)該這么說：金剛石壓機大型化與控制系統(tǒng)的精細化屬于硬件部分；而組裝設(shè)計、合成工藝及包括后部提純、分選、鑒定、分類及標(biāo)準(zhǔn)等就是軟件部分。這兩者必須緊密結(jié)合起來，我們才能獲得制品合用的真正優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。——方嘯虎
　　一個國家超硬材料應(yīng)用的狀態(tài)，體現(xiàn)了這個國家現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展水平。中國改革開放三十年以來，由于工業(yè)化、現(xiàn)代化的建設(shè)不斷獲得進步，國民經(jīng)濟總量已成為全球第二的大國。當(dāng)然人均GDP我國還是相當(dāng)落后的，一般只有發(fā)達國家的10%左右，所以說中國的發(fā)展道路還很長！作為超硬材料行業(yè)，中國不僅是超硬材料生產(chǎn)大國，而且是超硬材料應(yīng)用大國，這一趨勢將會持續(xù)下去，超硬材料的發(fā)展也將會持續(xù)下去。
　　下面我們就超硬材料相關(guān)問題予以討論。
　　1、基本情況
　　在這里希望行業(yè)首先要樹立一個新的概念，即硬件與軟件的概念，金剛石行業(yè)也應(yīng)該有硬件和軟件的關(guān)系問題。眾所周知，計算機行業(yè)從來就是把硬件和軟件這兩部分作為兩大問題分別展開工作的，所以其進步很快。我們金剛石行業(yè)也應(yīng)該有硬件和軟件之分。有人認(rèn)為有了設(shè)備就會有優(yōu)質(zhì)粗顆粒金剛石，這是一種片面性的觀念，是錯誤的。應(yīng)該這么說：金剛石壓機大型化與控制系統(tǒng)的精細化屬于硬件部分；而組裝設(shè)計、合成工藝及包括后部提純、分選、鑒定、分類及標(biāo)準(zhǔn)等就是軟件部分。這兩者必須緊密結(jié)合起來，我們才能獲得制品合用的真正優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。有人會說，這個問題我們始終如一地在做，但又應(yīng)該指出：這個問題絕不是沒有依據(jù)，因為行業(yè)里有少數(shù)工作者就是這樣在強調(diào)這種片面性，所以必須這么提出，讓同仁重視。同時，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不見得都是強度越高越好，透明度越高越好，而應(yīng)該是產(chǎn)品越適宜于應(yīng)用越好。有了這個基本原則，我們就有了談下面問題的基礎(chǔ)。
　　1.1設(shè)備
　　1.1.1壓機總量估計及趨勢
　　目前國內(nèi)的主要機型已經(jīng)轉(zhuǎn)為≥Φ500mm缸徑的壓機。當(dāng)然有一部分Φ（400-800）mm缸徑壓機轉(zhuǎn)為生產(chǎn)聚晶、復(fù)合片及其它超硬材料產(chǎn)品，但已經(jīng)失去其主力設(shè)備的功能和能力了。我國的主力機型壓機總臺數(shù)應(yīng)該有4000-4500臺，甚至更多。其分布以河南為主，其幾個大型企業(yè)就已達 3500臺以上，其次有北京（含河北）、湖南、安徽、山東、江蘇、浙江等。山東、安徽兩省都有200臺左右的規(guī)模企業(yè)。北京有數(shù)個企業(yè)都是數(shù)十臺，有的企業(yè)下一步計劃將更大。不為人知的浙江某地采用Φ600mm缸徑（因為單缸設(shè)計壓力大，相當(dāng)一般說的Φ650mm缸徑）的壓機已經(jīng)有30余臺，第一期計劃在 50~100臺。還應(yīng)特別提到的，行業(yè)又有一專業(yè)廠上市，壓機將會大幅增加，無疑將會成為行業(yè)產(chǎn)生新的競爭者。其它最少應(yīng)達200~300臺。
　　1.1.2進一步大型化與單缸高壓力化
　　在我們講≥Φ500mm缸徑壓機為我國壓機主力設(shè)備的同時，可以指出在2008~2009年期間真正在生產(chǎn)的Φ500mm缸徑的壓機已經(jīng)幾乎沒有了。而多數(shù)都是以Φ600~650mm缸徑為發(fā)展方向，從目前情況看Φ600~650mm缸徑壓機將會越來越顯示出它的優(yōu)勢。目前國內(nèi)最大的壓機是 Φ700~750mm缸徑壓機。另外無工作缸的大型壓機也會進一步完善后進入發(fā)展階段，其工作缸徑將會達1000~1500mm。盡管這兩類型壓機目前技術(shù)還不完全穩(wěn)定，但有的企業(yè)已經(jīng)開始穩(wěn)定，這種發(fā)展趨勢是不會逆轉(zhuǎn)的。
　　在這里還要強調(diào)的是，單缸壓力由100MPa提至120~125MPa也是可能的。據(jù)調(diào)研，已經(jīng)有數(shù)百臺在正常運行，它的投入產(chǎn)出比將會更加合理。這里關(guān)鍵是要解決一個理念問題，我們應(yīng)該用全新的理論和經(jīng)驗來指導(dǎo)現(xiàn)在高速發(fā)展的現(xiàn)實。
　　1.1.3高精度控制系統(tǒng)與群控
　　在高品質(zhì)金剛石研制中，很多研究者都發(fā)現(xiàn)高精度控制、自動化控制、計算機化控制的重要作用，尤其是在合成塊幾何尺寸，公差配合，觸媒石墨柱等外部條件決定后，這種作用也越明顯。高精度控制，并且能隨時提出并進行重復(fù)性試驗將成為最主要的問題了。近幾年凡配置到≥Φ500mm缸徑壓機上的控制系統(tǒng)，其壓力都能通過壓力傳感器控制到0.05~0.1MPa；溫度可按表格的0.N%指示外，都能按設(shè)計曲線控制精度，這比以前的粗放型控制進步確實很大。這也是我們目前金剛石品質(zhì)進步的一項重要措施。
　　在計算機技術(shù)高度發(fā)展的今天，充分發(fā)揮該項技術(shù)的優(yōu)勢是極為重要的一環(huán)。其實幾十年前大家就有這種構(gòu)思，如在上世紀(jì)70年代我們就與當(dāng)時的貴陽工學(xué)院一些老師合作過，但是由于當(dāng)時的整體技術(shù)水平太低，無法實現(xiàn)?，F(xiàn)在不僅可以把計算機用于金剛石企業(yè)，而且可以幾十臺至幾百臺進行群控，也可以在一些大型企業(yè)按不同工藝用一組群控，同時還可以進行遠程控制和進行必要的控制系統(tǒng)的維護。
　　1.1.4出口量及相關(guān)問題
　　具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的六面頂液壓機已被世界高壓界所認(rèn)可，也不是很容易的事情，首先是相當(dāng)一段時間內(nèi)國內(nèi)都在進行爭議。但這時，國際上已經(jīng)開始注意到中國的金剛石發(fā)展速度，并在上世紀(jì)90年代初第一次有國外企業(yè)購買了少量中國的六面頂壓機，特別是近幾年有了較大的發(fā)展。截止2009年底，一共賣給國外和地區(qū)近300臺。這個數(shù)量還在不斷增加，這就說明具有中國特色的六面頂壓機已經(jīng)為全球超硬材料界所認(rèn)可。
　　出口國家（地區(qū)）：美國、英國、日本、印度、伊朗、韓國和臺灣地區(qū)等；
　　出口缸徑：有Φ320mm、Φ400mm、Φ460mm的，但最最多的還是Φ500mm，其次Φ560mm、Φ600mm、Φ650mm，國外已簽訂合同的有Φ700mm，提出要求的還有750-800mm的；
　　出口主要用途：早期主要用于金剛石或立方碳化硼的復(fù)合片和聚晶的生產(chǎn)，近年來多數(shù)是生產(chǎn)不同粒度高品質(zhì)金剛石單晶；
　　出口企業(yè)：以桂林冶金機械總廠居多，其次有洛陽鐵路分局機械廠、北方重工機械廠等；
　　從以上資料可以看出：
　　1）中國大型或較大型六面頂液壓機已經(jīng)被世界各國普遍所認(rèn)可他們正在用我國的設(shè)備、控制系統(tǒng)、材料、工藝?yán)砟?、提純技術(shù)等在生產(chǎn)著人造金剛石！
　　2）中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的壓機在國際上已有重要的地位；
　　3）六面頂壓機的設(shè)計、制造、控制精度已經(jīng)能夠滿足超硬材料生產(chǎn)和科研各方面的需要；當(dāng)然我們不能滿足現(xiàn)在對設(shè)備的技術(shù)的需求，我們還應(yīng)該在這種設(shè)備的更加大型化，更加自動化，更加精度化上繼續(xù)下功夫，讓它精益求精。
　　1.2產(chǎn)品產(chǎn)量
　　1.2.1金剛石單晶
　　09年超硬材料分會的資料已明確金剛石主要企業(yè)產(chǎn)量達到51億ct。實際國內(nèi)單晶的生產(chǎn)能力已經(jīng)達到或超過60億ct。超硬材料分會資料比以往準(zhǔn)確性要大得多。與前些年相比，最大的區(qū)別在于各企業(yè)不完全在乎企業(yè)產(chǎn)量。而是把創(chuàng)優(yōu)及產(chǎn)品的市場適用性放在重要位置了。譬如說，目前大型壓機已經(jīng)可以合成ф52-55mm腔體，而單次產(chǎn)量現(xiàn)在主要企業(yè)都可控制在200ct左右，但實際上很多企業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，而放棄了再高產(chǎn)量的生產(chǎn)。很多企業(yè)都更加追求哪種產(chǎn)品的投入產(chǎn)出比更為合理？也就是說：我們的企業(yè)家都更加理性了。
　　1.2.2立方氮化硼
　　上世紀(jì)90年代至本世紀(jì)初，我國CBN單晶產(chǎn)品有了較快的發(fā)展。這主要得益于觸媒的開發(fā)研究。CBN單晶的合成關(guān)鍵在于觸媒，琥珀色CBN單晶的合成直接推動了觸媒的研究與制備生產(chǎn)。隨著琥珀色CBN單晶合成技術(shù)的推廣，新的觸媒不斷出現(xiàn)，使CBN單晶品種出現(xiàn)了多樣性發(fā)展。從顏色方面可分為成黑色、棕色、琥珀色等，它們又有透明與不透明之分。從晶體強度方面又可分為高強高韌產(chǎn)品和一般產(chǎn)品。從晶體形態(tài)上分，有完整類球形晶體，不完整晶體以及它們的變形產(chǎn)品——厚板狀晶體，片狀晶體等。同時，可供晶體的粒度從400目到20目一應(yīng)俱全，形成了種類齊全，能夠滿足不同使用要求的系列化CBN單晶產(chǎn)品體系。
　　目前我國CBN單晶產(chǎn)品體系比較完善，與國際市場接軌較好。早期我們從機械制造業(yè)考慮得多一些，所以認(rèn)為它應(yīng)占超硬材料的30%左右為宜，現(xiàn)在看來只可能占到10～15%就相當(dāng)好了。就現(xiàn)實看，全球總產(chǎn)量應(yīng)在5億克拉左右，中國還是生產(chǎn)大國，生產(chǎn)量約達55%～60%。而且產(chǎn)品質(zhì)量占有一定優(yōu)勢，所以有望進一步得到發(fā)展。
　　1.2.3聚晶與復(fù)合片
　　該類產(chǎn)品由于近年國家能源，交通的高速發(fā)展，它在鉆采業(yè)、工程掘進業(yè)中得到較快的發(fā)展，需求量也隨之增大。在文章的前面我就強調(diào)了，由于近三十年來的改革開放，我國國民經(jīng)濟總量（GDP）已經(jīng)接近日本，成為全球第三的大國。這樣的高速發(fā)展，勢必需求大量的煤炭、石油（氣）、電力（水電、火電）。舉個最簡單的數(shù)字，僅金剛石鉆頭，用于礦產(chǎn)（有色、黑色、核工業(yè)、化工、水電等）一年需求60萬只，每個鉆頭補強就要24～30粒聚晶金剛石，這就需要1500-1800萬粒（顆）。還由于復(fù)合片質(zhì)量穩(wěn)定和提高，已經(jīng)適用于中硬—硬巖層的掘進，所以采煤，一般坑道、隧道，都可得到廣泛應(yīng)用了，很快增加了使用量。僅西安一地使用復(fù)合片制的煤炭用產(chǎn)品產(chǎn)值就達七億以上！
　　估計聚晶全國生產(chǎn)總量約為2000萬粒（顆）左右，而復(fù)合片全國生產(chǎn)總量約為400～500萬片。
　　1.3產(chǎn)品質(zhì)量與系列化
　　經(jīng)過近十年的設(shè)備大型化和粉未觸媒的試驗投產(chǎn)，我國的金剛石技術(shù)應(yīng)該說得到了長足的發(fā)展，而且進一步說明只要兩面頂壓機上能實現(xiàn)的指標(biāo)，在六面頂壓機上都能實現(xiàn)。以前我們有個體會，就是改一項工藝，擴大一次腔體總要數(shù)月或一年以上才能穩(wěn)定。在壓機大型化的初期，如ф500mm缸徑壓機，曾考慮用三年或更多的時間來穩(wěn)定它，實際上用了一年半左右就開始穩(wěn)定，并逐步得到推廣。而現(xiàn)在多數(shù)在半年左右一項新的工藝就可穩(wěn)定并得到推廣。這對我們壓機進一步大型化或不同品級、不同粒度新工藝獲得非常有好處。
　　在中、高檔金剛石單晶方面，國產(chǎn)的金剛石已經(jīng)完全可以替代國外產(chǎn)品了。2009年上海GEMS公司與北京安泰公司聯(lián)合做了一項試驗，用的是上海公司的40/50和30/40兩個粒度號的GSD9970料，與國外同品級的高檔商品進行對比，不僅僅測定各項指標(biāo)數(shù)據(jù)，還同時做了鋸切試驗。試驗證明不只是參數(shù)上已經(jīng)互為上下，非常接近，而且鋸切效果也能完全達到要求，有一樣指標(biāo)還優(yōu)于國外產(chǎn)品，這項工作也完全得到國外用戶的認(rèn)可。值得說明的是這還不是國內(nèi)最佳產(chǎn)品，所以我們可以說，國產(chǎn)金剛石單晶完全達到了國際先進水平。
　　金剛石單晶粗顆粒進步很快。這里指的是1～3mm的粗大單晶體金剛石和5mm左右或更大顆粒的金剛石。前者用于合成法直接合成，后者用籽晶法進行合成。近年由于我國金剛石壓機大型化和粉未觸媒、碳素柱的成功運用。給這些試驗帶來不少方便，而且進步相當(dāng)快，大家在工藝和材料等方面做了比較多的工作，如某企業(yè)前年的樣品還有不少氣態(tài)包裹體，后來作者在《金剛石與磨料磨具工程》雜志上發(fā)表了一文，指出金剛石不包裹體的分類和成因及可能解決問題的方案。而去年年會開會時看到該企業(yè)3mm左右的合成金剛石單晶包裹體就是明顯減少，透明度明顯提高，有的幾乎已經(jīng)看不到氣態(tài)和固態(tài)包裹體。
　　1.4細顆粒高品質(zhì)金剛石將維持生產(chǎn)
　　我們將100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、325/400 列為細顆粒金剛石，少數(shù)包括400/500，極少數(shù)為500/600稱之為細顆粒高品質(zhì)金剛石。中國的這些產(chǎn)品出來后馬上就引起國際市場的關(guān)注，而且馬上就有批量的金剛石進入國際市場。究其原因，由于這樣的金剛石需求是客觀存在的，但國外只有兩面頂壓機，它工作周期長倒是優(yōu)勢，而因為合成細料使用周期相當(dāng)短，卻反而成了劣勢。筆者曾做過這方面工藝試驗，當(dāng)時就體會到真正合成時間最多為20s，筆者還做過5-8s的工藝，整個一個流程也僅5—10min左右，也有很好的合成效果。要是整個流程才5—10min，對兩面頂來說就成為不可思議的事情了。而對六面頂壓機質(zhì)量可控制得相當(dāng)好，這就充分發(fā)揮了六面頂壓機快捷、自動等特點。該工藝應(yīng)該來說是相當(dāng)有生命力的，也將會持續(xù)維持生產(chǎn)下去。
　　1.5一般低品級金剛石將逐步淘汰
　　壓機大型化以后，一批≦ф480mm缸徑壓機的出路在哪里？筆者曾建議合成一種RVD型金剛石，在一段時間內(nèi)的確給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益。但是壓機在繼續(xù)大型化，產(chǎn)量將會持續(xù)增加。其尾料或低品級的金剛石必然會逐步增加，這部分料企業(yè)可視為回收料，不計成本或計很低的成本。所以專門合成 RVD型金剛石保持不了其低成本的優(yōu)勢。另外，從質(zhì)量的角度看，在高檔金剛石料中回收的尾料質(zhì)量明顯優(yōu)于直接合成的RVD料。從長遠來說，一些落后的技術(shù)終究是要被淘汰或逐步淘汰的，作為企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)重視這一趨勢。
　　我們并不反對少數(shù)企業(yè)保持，但絕不要大力提倡和一窩蜂的去上這些比較容易做的產(chǎn)品，從而自己相互制約、相互殘殺！
　　1.6頂錘消耗明顯下降
　　經(jīng)過多年的努力，我國的硬質(zhì)合金質(zhì)量明顯得到提高，同時由于我們頂錘使用技術(shù)的水平也大大得到提高，這對降低金剛石成本起到非常大的作用。跟據(jù)多家企業(yè)的綜合指標(biāo)看，幾乎全部可降到1公斤/萬克拉以下，好的已可實現(xiàn)幾年前本人預(yù)言的0.3-0.5公斤/萬克拉的指標(biāo)。
　　2、中國超硬材料與國際主要差距與目標(biāo)
　　2.1高品質(zhì)大型化復(fù)合片
　　從掌握的資料看，高品質(zhì)的大直徑復(fù)合片差距還甚大。美國G.E公司能用2～2.5萬噸的兩面頂壓機生產(chǎn)ф100mm的大型金剛石復(fù)合片，質(zhì)量比較穩(wěn)定。但是美國真正使用的金剛石復(fù)合片也多數(shù)只是在ф（60～70）mm，而且慢慢的也都用中國的六面頂壓機。而國內(nèi)大多數(shù)應(yīng)用的復(fù)合片在 ф（30-35）mm，企業(yè)研制到ф45mm，即使是大專院校也只研制到ф（60-65）mm。當(dāng)然現(xiàn)在企業(yè)生產(chǎn)的已經(jīng)基本能滿足市場需求，特別是一些石油鉆頭、煤田掘進等，因為一般需求使用僅在ф20m以下，而且多數(shù)僅為ф13mm。但是假如在一些特殊使用要求需要大的復(fù)合片時，就會感到力不從心了。為什么大的復(fù)合片成為人們攻關(guān)的難題呢？主要是因為其中央部位與周邊部位由于合成腔體溫度梯度、壓力梯度而造成不均一性，所以在腔體設(shè)計方案上就帶來諸多問題。
　　2.2金剛石大單晶及產(chǎn)業(yè)化
　　金剛石大單晶的研制對我國來說還是很不夠的。這里包含兩方面的內(nèi)容：①籽晶法合成單晶大顆粒金剛石；②采用外延生長法研制大單晶金剛石。
　　籽晶法合成單晶大顆粒金剛石，盡管來說國內(nèi)已有6mm左右的大單晶，也有≥10mm進行研究的計劃，但市場上尚不多見。而日本住友公司卻可用人造金剛石單晶大顆粒運用到金剛石刀具上。
　　采用外延生長法研制大單晶金剛石，應(yīng)該引起我們極大的注意。有人認(rèn)為外延生長不能獲得金剛石大單晶，但是在天然的晶體生長中就有一種現(xiàn)象，開始是很多小的晶芽，生長在一個基底上，逐步晶芽長成晶體，晶體數(shù)量逐步減少。這種現(xiàn)象我們稱之為“幾何淘汰律”，我們完全可以用此解釋金剛石薄膜可能發(fā)育為單晶的事實。
　　2.3立方氮化硼復(fù)合片與其功能性材料發(fā)展
　　目前國內(nèi)研究和生產(chǎn)立方氮化硼復(fù)合片的力量還是相當(dāng)薄弱的，研究院所、院校僅局限在數(shù)家，生產(chǎn)企業(yè)更是1～2家。原來考慮立方氮化硼應(yīng)該占到超硬材料的25%～30%，經(jīng)過幾十年的發(fā)展也僅占5%～10%，這是極不合理的現(xiàn)象。更不用說其復(fù)合片的功能性材料研制了！
　　a、立方氮化硼的片狀復(fù)合體僅見于河南某企業(yè)，其直徑已達ф（30～35）mm,在技術(shù)上將需進一步得到提高，尤其是均一性、穩(wěn)定性，若能產(chǎn)業(yè)化，其作為發(fā)展前景將是可觀的。
　　b、立方氮化硼的功能性研究國內(nèi)可見的可能僅僅是吉林大學(xué)。世界上至今用高溫高壓方法在實驗室條件下合成的最大尺寸的立方氮化硼單晶僅有 3mm。特別是大多數(shù)生長的晶體形狀不規(guī)則，不適合作器件研究應(yīng)用。為此，有研究者進行了功能器件用高純片狀立方氮化硼單晶合成研究，獲得了近毫米量級的表面具有光學(xué)平整度，形狀規(guī)則的高純片狀立方氮化硼單晶體。為我們對其性質(zhì)的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　立方氮化硼晶體是典型的Ⅲ-V族化合物，其電阻率為1010Ω.cm，熱導(dǎo)率13W/cm.K,可以耐受1200°C高溫，并且具有 6.4eV最寬的直接帶隙，因此也是一種十分重要的優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，它在高溫高功率寬帶器件微電子學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。立方氮化硼具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，宏觀對稱性屬于F43m-Td群，還能產(chǎn)生二階非線性光學(xué)效應(yīng)。它可以用來做光學(xué)的高次諧波發(fā)生器，電光調(diào)制器，可見光到紫外光的轉(zhuǎn)換器，光學(xué)整流器，光參量放大器等等。立方氮化硼與金剛石一樣還具有很強的抗輻射能力，可制備抗輻射器件。因此，立方氮化硼材料的制備研究對國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，特別是在航天，軍事等嚴(yán)酷環(huán)境條件下應(yīng)用器件的突破有著重要的現(xiàn)實意義。由于片狀立方氮化硼晶體的合成，提供了可做性質(zhì)研究的晶體材料，使我們在立方氮化硼性質(zhì)研究方面取得非常明顯的成功。譬如，用研制獲得的片狀立方碳化硼，然后用CVD方法將金剛石覆蓋上去就可獲得理想的半導(dǎo)體器件。所以立方氮化硼的功能性研究變得越來重要了！
　　從以上內(nèi)容看，我們在超硬材料還有很多工作需要做。我們常說，21世紀(jì)是金剛石的世紀(jì)，它決不僅僅是在磨料方面的開發(fā)和應(yīng)用，更多的將是功能性的開發(fā)利用。我國有著良好的研究氛圍，有著一大批新老結(jié)合的科技開發(fā)人才。我們完全相信不久的將來全面的趕上并超過世界先進水平！