一张唱片般的12英寸硅片,经过“硅片减薄砂轮”抛光加工,表面光滑如镜;刻有集成电路的硅片,在高速旋转的“硅片划片刀”精准划过后,被切割成一块块芯片……抛光后的硅片表面,粗糙度小于0.2纳米;划片刀的刃口厚度,仅有一根头发丝直径的1/10。完成这样极其精密的“切、磨、抛”工艺,离不开高端超硬材料制品的支撑。
“针对我国芯片产业高效精密加工的重大需求,我们经过十余年攻关,成功研发出了全系的芯片加工超硬材料磨具,一举打破国外技术垄断,目前已经实现了进口替代。”7月20日,郑州磨料磨具磨削研究所有限公司党委副书记王伟涛告诉记者。
位于郑洛新自创区内的这家企业,被业内称为“三磨所”。走进这里,你会感受到,它“磨”出来的不仅是金刚石等超硬材料的制造技术、各种精密磨具,以及配套的磨削工艺,还有刻在骨子里的三种气质。
这里崇尚的,是自主创新的勇气。
“上世纪60年代初,国民经济发展对超硬材料的需求极为迫切。为了打破西方国家对人造金刚石生产技术的封锁,当时的机械工业部将主攻金刚石合成工艺试验的任务交给了三磨所。”忆往昔奋斗岁月,当年的研发课题组成员之一、白发苍苍的已退休教授级高级工程师王光祖依然心潮澎湃。
在极其艰苦的条件下,老一辈科研人员于1963年成功研制出了我国第一颗人造金刚石;为了弥补人造金刚石在加工黑铁金属上的不足,1966年又成功合成我国第一颗立方氮化硼。以这两大突破为源头,三磨所引领我国超硬材料行业从无到有、从小到大、由弱变强。
如今,中国超硬材料年产量达200多亿克拉,占世界总产量的95%以上。
这里坚守的,是专啃“硬骨头”的担当。
超硬材料被誉为“工业的牙齿”。作为我国磨料磨具行业唯一的综合性研究机构,自1999年转制以来,三磨所将“行业助推器”作用发挥得淋漓尽致,为国内众多制造业企业突破技术瓶颈提供了“精良装备”。
图:硅片划片刀,可以将大直径硅片精准切割成芯片
为某高端品牌汽车发动机、动力总成“磨”出的高精度凸轮轴、曲轴等配件,符合国际汽车行业最严苛的标准;为某知名品牌家用空调“磨”出的压缩机专用部件,能效比更高,寿命更长……
从电子信息、航空航天,到汽车、工具、家用电器,再到光伏、LED,针对各行业领域不断涌现的升级发展需求,三磨所研发出一系列“高、精、尖、专”的超硬材料制品,不断填补行业空白,全方位带动了行业的高质量发展。
这里激励的,是不断探索“蓝海”的志向。
走进三磨所的国家超硬材料及制品工程技术研究中心、超硬材料磨具国家重点实验室、河南省功能金刚石材料创新中心,跟科研人员聊天,你会发现,在他们眼里,金刚石等超硬材料已不再局限于“工具”的范畴。他们紧盯国际科研前沿,进入了金刚石“功能化”研究的新天地。
图:目前研发出的高品级大单晶金刚石,已经可以切割成高品质的克拉级钻石
“如果高品级大单晶金刚石技术实现突破,用金刚石材料制作的芯片,能否成为研发新型高性能计算机的重要支撑?”
“通过研发金刚石掺杂的环保材料,可以高效降解有害物,将污水直接处理成符合环保国标的清洁水,也许可以因此破解生物制药行业的污水处理国际性难题?”
“开发同为碳基构成的金刚石超硬材料,替代金属做成心脏起搏器、骨关节置换部件,不仅可以彻底克服人体对金属材料产生的排异反应,而且极其坚固耐用,这是否能成为医疗产业一个新的突破口?”
图:三磨所为制冷、工具行业研发的各类超硬材料磨盘
三磨所的科研人员,正在努力把这一个个“问号”,变成创新发展的“句号”和“叹号”。
基于金刚石优异的光、电、热和化学性能的研发,目前大多还处于理论研究和实验室探索中,但也许在不久的将来,这些“奇思妙想”将占据创新研发的制高点,拓展出新的产业发展空间,为整个超硬材料行业乃至国家制造业,开辟出一片片广袤而富饶的“蓝海”。