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(guó)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(guó)高端制造業(yè)的發(fā)展。
有望引發(fā)新一代半導(dǎo)體技術(shù)革命
在國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任、中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)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(guó)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(wú)法檢測(cè)，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。”中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)高級(jí)顧問李志宏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“利用其無(wú)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(cè)，可用作大規(guī)模集成電路及LED新光源熱沉等尖端領(lǐng)域。”
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(wú)需制冷的優(yōu)勢(shì)。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。
“默默無(wú)聞”的最前沿材料
“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(guó)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。
不過，除了業(yè)內(nèi)人士，這些并不為人們所了解。張濤打趣道：“最前沿的材料也是‘默默無(wú)聞‘的材料。”
截至2017年底，我國(guó)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(guó)已成為名副其實(shí)的超硬材料生產(chǎn)制造大國(guó)。
盡管總體上目前我國(guó)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(chǎng)基本被美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，國(guó)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。”中科院院士田永君直言。
這對(duì)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(guó)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。
功不可沒的門頭溝葉蠟石
任何材料的發(fā)展都離不開原料的支撐。葉蠟石是超硬材料生產(chǎn)必須使用且不可替代的保溫、絕緣、密封和傳壓介質(zhì)。
“我國(guó)葉蠟石礦藏雖有一定分布，但北京市門頭溝區(qū)的葉蠟石礦因特殊地質(zhì)成因被證明是最適合于超硬材料合成的。”中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)技術(shù)專家委員會(huì)委員崔祥仁曾對(duì)我國(guó)葉蠟石的幾大主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了采樣調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北京門頭溝葉蠟石的獨(dú)特性能是其他任何地區(qū)的葉蠟石無(wú)法替代的。
北京門頭溝葉蠟石屬高鋁型，其******特點(diǎn)是在高溫下絕熱性與導(dǎo)壓性能較之國(guó)內(nèi)同類礦石更為優(yōu)越，物理化學(xué)性能更為穩(wěn)定。因而被最廣泛用于合成金剛石制造業(yè)，占該行業(yè)用量的98%以上。
“門頭溝葉蠟石為我國(guó)超硬材料行業(yè)的起步、發(fā)展和壯大做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)”，燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員王明智表示，“希望繼續(xù)秉持綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念，在新時(shí)代為我國(guó)超硬材料行業(yè)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)，為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)做出更大貢獻(xiàn)”。
