2002年第4期 超硬材料与宝石(特辑)第14卷2002年12月SU PERHA RD M A T ER I AL&GE M总第47期工业金刚石技术发展水平与发展趋势Ξ谈耀麟(桂林矿产地质研究院,广西　桂林　541004)摘　要:在工业金刚石中,人造金刚石的兴起不但提高了各国工业金刚石的耗用量,同时拓展了工业金刚石的应用领域,促使工业发达国家竞相研究人造金刚石的特异性能与特殊用途。

关键词:工业金刚石;人造金刚石;应用领域;CVD金刚石;发展趋势中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1004-7468(2002)04-0035-04STATE-OF-THE-ARTS AND D EVELOP M ENTTREND OF IND USTR I AL D I AMONDTAN Yao2lin(Gu ilin R eseach Institu te of Geology f or M inera l R esou rces,Gu iln Guang x i541004,Ch ina) Abstract:In diam ond indu stry the em ergence and developm en t of syn thetic diam onds hasp rom o ted the con sam p ti on of indu strial diam ond in vari ou s coun tries,m o reover,exp andedthe app licati on scop e of indu strial diam ond.It i m p els indu stry develop ed con triescom p etitively to study the ex trao rdinary p rop erties and sp ecial app licati on s of syn theticdiam onds,w h ich changes the developm en t trend of indu strial diam ond.CVD diam ond w illp lay a leading ro le in the indu strial diam ond.Keywords:indu strial diam ond;syn thetic diam ond;app licati on scop e;CVD diam ond;developm en t trend 天然金刚石作为工具使用,历史悠久。

但它在工业上的大量应用始于第二次世界大战,主要是用于兵器制造。

1940年全球工业金刚石耗用量大约是500万克拉,翌年猛增至1200万克拉,1944年达到1900万克拉,一直到50年代,全球工业金刚石的年耗用量保持在2000～2500万克拉。

在此期间,全球天然金刚石的年产量为3200万克拉左右,其中可用作宝石的约占20%,可供工业用的金刚石越来越满足不了需求,基于金刚石在发展工业上的重要作用,美国和瑞典率先研究人造金刚石,并于50年代中期取得成功。

1　人造金刚石的兴起人造金刚石投入工业生产而作为商品是在50年代末。

美国G.E.公司首先于1957年投入工业生产。

D e B eers公司于1961年大规模生产。

苏联是1962年开始正式生产。

此后相继生产人造金刚石的国家有瑞典、日本、捷克、西德、中国等。

到了90年代,至少有12个国家约24家以上的主要厂家在生产人造金刚石。

在60年代中后期,世界人造金刚石的产量增长十分迅速。

1969年全球人造金刚石产量为1800万克拉, 1969年达到4000万克拉,产量翻一番还多。

1979年的Ξ收稿日期:2002-11-01作者简介:谈耀麟(1936—　),男,高级工程师,长期从事超硬材料方面的科研和情报工作。

产量又翻了一番达到0.8～1亿克拉。

80年代末世界人造金刚石产量已达到2亿克拉,再次翻了一番。

在整个90年代,世界人造金刚石的产量一路飙升,年均增长率为13%。

2000年世界人造金刚石产量高达15亿克拉。

从全球工业金刚石市场份额来看,1970年人造金刚石占金刚石磨料市场的60～70%,70年代末到80年代初,这一份额增加到80%以上。

90年代后大致稳定在90%。

至于天然金刚石产量的增长情况则比人造金刚石缓慢得多,因为每生产1克拉天然金刚石要处理1～20吨矿石量。

1970～1980年,世界天然金刚石年产量为4400～5200万克拉。

1980～1990年则有较大幅度增长,年增长率为8%。

1990年世界天然金刚石年产量突破1亿克拉,达到11067亿克拉。

但1990～2000年增长不大,大致波动在11067至1112亿克拉之间。

原因是这期间为国际多事之秋。

影响世界天然金刚石产量的主要因素是生产国的政局稳定情况、国民经济发展情况以及金刚石矿的勘探程度等。

2　工业金刚石的耗用量迅速增长,30年来世界工业金刚石的年耗用量增加很快,从1970的015亿克拉增加到1980年的1亿克拉,此后以年增长率13%的速度增长。

1990年世界工业金刚石年耗用量达到318亿克拉,2000年高达10亿克拉。

自1970年以来,全球工业金刚石年耗用量之所以增长迅速,主要因素有三,即科学技术、工业和人造金刚石的发展。

1980年世界工业金刚石的耗用量比1970年增加了一倍,主要是大量用于制造砂轮和锯片等。

1990年世界工业金刚石耗用量猛增到318亿克拉是因为广大用户认识到金刚石工具的经济效益而广为采用。

另一个重要原因是人造金刚石行业的蓬勃发展而产品价格大幅度降低。

全球工业金刚石的耗用基本上是在40余个国家的上千个金刚石工具制造厂家。

此外,各国工业部门还有不计其数的用户将细粒金刚石和金刚石粉用于科学研究工作和精密抛光加工。

60年代末,世界工业金刚石的耗用量以美国为最多,约1900万克拉,包括天然碎金刚石、细晶粒天然和人造金刚石以及金刚石微粉。

天然金刚石占40%,人造金刚石占50%,回收的金刚石占10%。

70年代中,世界工业金刚石年耗用量估计为6500万克拉,其中美国仍为工业金刚石耗用大国,占3715%;欧洲占3715%;日本占15%;其它国家占10%。

日本的工业金刚石耗用量增长迅猛,年增长率达25%。

进入90年代,日本已成为全球耗用工业金刚石最多的国家,美国位居第二,其它国家依次为德国、意大利、南韩、比利时。

这六个国家耗用的工业金刚石占资本主义世界的70%。

日本耗用工业金刚石多用于金刚石工具制造业。

应注意的是,在70年代初,亚洲和太平洋周边国家和地区如日本、南韩、印度、台湾、澳大利亚和东南亚诸国每年耗用工业金刚石约700万克拉,占资本主义国家耗用量的20%。

到了90年代初,这些国家和地区每年耗用的工业金刚石(包括CBN )超过113亿克拉,占资本主义国家耗用量的35%。

由此足见这些国家金刚石工具制造业发展之迅速。

在工业金刚石的年耗用量中,人造金刚石所占比率增长迅速。

1971年世界工业金刚石耗用量为5000万克拉,其中50%为人造金刚石。

1975年世界工业金刚石耗用量中人造金刚石占66%,1986年资本主义国家耗用工业金刚石117亿克拉,其中人造金刚石占85%。

90年代以来,人造金刚石的耗用量已占到世界工业金刚石耗用量的90%。

3　工业金刚石的应用领域扩大在工业金刚石中,人造金刚石不但在数量上发展迅速,在产品品种上亦然。

D e B eers 是世界上最大的工业金刚石生产厂家。

1960～1980年,该公司的天然工业金刚石产品只发展了13种,而在1976～1980年间几乎没有发展新产品。

1960～1980年的20年之间,人造金刚石却发展了27个产品。

80年代以来,该公司研制出的工业用人造金刚石产品就有17类67个品种200余个标准规格。

根据市场需求这些产品还在不断进行改进与调整。

在世纪之交的一年半时间里,该公司又以惊人的速度研制出并投放市场20多个新产品。

从工业金刚石的发展过程来看,其应用领域随工业技术的发展而不断扩大。

40～50年代,天然工业金刚石主要应用于磨削和抛光加工,随后是锯切;在砂轮修整器、钻探工具和磨石方面有适量的应用;小器件如触针和微型散热片等也有少量应用。

60年代,随着人造金刚石的投入使用,工业金刚石应用于各种材料的锯切、钻采工程、硬质合金制品的磨削加工以及制造砂轮等。

70年代在石材工业中,金刚石锯片从锯切大理石发展到锯切坚硬的花岗石,促进了石材工业的大发展;聚晶金刚石的投入使用使油井钻头解决了复杂地层的钻进效率问题。

80年代,随着多锯片锯床和金刚石串珠绳锯等机具的革新,金刚石锯切的应用范围迅速扩大;金刚石刀具对坚硬材料的车削加工有效地替代磨削加工,对宇航和汽车工业的发展功不可没。

新品种人造金刚石的应用已显现出对发展国民经济的重要战略地位。

90年代,由于地区性行业重组与兼并,使人造金刚石的应用发展放慢,人造金刚石新品种的研制进入新的探索阶段。

工业金刚石在不同应用领域中的比率是随工业技术的发展而改变的。

60年代末,砂轮用金刚石占37%,锯片用金刚石占20%,金刚石微粉占18%,钻头用金刚石占1215%,工具和拉丝模用金刚石占1215%。

到了80年代,工业金刚石的应用领域进一步扩大。

应用工业金刚石最多的部门为金属材料加工,其它依次为石材加工,建筑业,采矿和钻探工程,玻璃陶瓷加工等。

由于工业发展水平不同,各国工业金刚石的应用范围也不同。

70年代初,美国工业金刚石的应用以机械加工占比率最大,为52%;石材玻璃陶瓷加工占19%;建筑与工程施工占11%;采矿和钻探工程占8%;其它方面占10%。

机械加工主要指交通运输设备(如汽车、飞机等)和电力设备制造。

在建筑与工程施工中,高速公路和飞机场跑道的大规模修建每年都要耗用大量工业金刚石。

日本的工业金刚石主要是应用在各种金刚石工具的制造,包括金刚石砂轮、修整工具、拉丝模、钻头等。

从60年代中到70年代中,日本工业金刚石年耗用量从180万克拉增加到990万克拉,平均年增长率达1814%。

70年代中期以后,日本开始发展金刚石刀具,到80年代末,金刚石刀具在整个金刚石工具制造业中所占比率已由70年代末的1313%上升到23%。

为此,日本每年需进口工业金刚石5000万克拉以上。

4　工业金刚石的发展趋势展望未来,可供不同场合应用的人造金刚石新品种会相继出现。

如致密聚晶金刚石、多晶面金刚石、陶瓷粘结剂型稳定性PCD、金属粘结剂型可切割的韧性PCD、微型金刚石散热材料、大尺寸金刚石穹面窗口材料、微型金刚石磨头材料、金刚石微形外科解剖刀材料等等。

如果说传统工业金刚石的应用领域主要是用作磨料和利用其单一性能,那么发展新型工业金刚石则应着眼于未来的应用,既用作磨料,也作非磨料应用,从单一性能的利用发展到多性能的利用。