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十年磨一剑—CVD金刚石项目的发展历程

关键词 CVD金刚石|2011-07-18 11:44:30|来源 中国磨料磨具网
摘要 ——河北省科学院王书生从1992年开始算起,CVD金刚石项目已走过了18个春秋。从名不经传到世界范围内少数能生产高品级CVD金刚石的厂商之一,从依靠财政供给到年创产值上千万元,在这...

——河北省科学院 王书生

  
  从1992年开始算起,CVD金刚石项目已走过了18个春秋。从名不经传到世界范围内少数能生产高品级CVD金刚石的厂商之一,从依靠财政供给到年创产值上千万元,在这不平凡的历程中梳理其间闪光的智慧和凝结的经验,或许有助于我们对科研及其成果转化取得一种新认识。
  
  一、抓机遇,迎挑战,担当国家“863”计划重大攻关项目
  
  人造金刚石的办法很多,仅化学气相沉积金刚石膜的方法就有十几种。我们现在所采用的是直流等离子体喷射化学气相沉积技术。二十世纪九十年代初期该技术在国内还没有人尝试。1993年北京科技大学的在读博士李惠琪偶然的机会了解到我们在等离子体技术方面的优势,亲自到石家庄,希望能通过等离子体切割机的改造,作为“直流等离子体喷射化学气相沉积的方法制备金刚石”的试验点。接洽的第二天即签订了合作协议。这便有了金刚石项目的开端。当我们问起项目创始人当时为何如此果断、义无反顾时,李国华认真谈道:作为一名科技工作者要时刻保持敏锐的触角,保持对科研的敏感性,另一方面也要勇于迎接挑战,敢于尝试。
  
  1994年8月25日,“金刚石膜制备关键设备”立项论证会在北京召开。第一方案已确定由中科院合肥等离子体研究所承担,会议到此就要结束了。在这最后关头李国华站了起来,被其他专家带入会场本没有发言资格的他很坦然的介绍了我们一年来的科研情况和所取得的成效,并恳请专家给我们一次机会,一个投标的机会,一个参与竞争的机会......。为其恳切的发言和切实的工作所打动,“863”计划项目专家组批准河北省科学院激光所作为该项目的预研单位参与投标。一个名不见经传的地方院所,在这关键时刻站了起来,很果敢,很自信,很坦诚,很恳切。他决定了金刚石项目的命运。
  
  1995年5月6日是“863”计划项目专家组来石验收评审的日子。意外发生了。就在这前一天,设备出现了故障,等离子炬不放电。心急如焚,全体科研人员连夜找寻原因,一直到了6号的早晨毛病还没找到。最后确定是气路被油堵塞,问题终于找到了,故障被排除,这时距专家组到达现场仅剩3个多小时。其它一切顺利,专家很满意。就这样我们夺得了“金刚石制备关键设备的研制”“863”计划项目的立项权。在当时这使我们成为了河北省第一家承担“863”计划项目的单位。
  
  获得“863”计划的支持后,全体动员,分组攻关,开始研制功率为100W的制膜设备。用了半年的时间装备成功,并可制备直径为100mm的金刚石膜。2006年1月30日林兰英、师昌绪、蒋民华等六位院士来到现场组织验收。通过察看制备过程、金刚石膜产品,观看照片、录像,最后专家委员会给予了很高评价:“高功率直流等离子体喷射CVD设备的研制成功,使我们成为继美国两家公司之后,第三家能独立设计、制造同类设备的单位。它不仅为金刚石膜工具和热沉应用提供了备选的工业化制备技术,而且为今后光学应用奠定了基础。”
  
  通过承担“863”计划项目一下让我们站上了科研的高地,走进了国际先进行列,处于国内领先水平;为科学院、为激光所赢得了声誉;为金刚石项目争取后续资金支持创造了有利条件。承担“863”计划以来,金刚石项目先后从国家、省及科学院获得400余万元的资金支持。该项目及其相关课题先后获得了六个省部级科技进步奖,其中1997年度荣获河北省科技进步一等奖。
  
  二、坚忍不拔,共克艰难,走上产业化道路
  
  科研无坦途,产业更艰难。产业化的思路,早在1996年夏天与北科大签署的合作协议中已提了出来。1997年获得省科技进步一等奖以后,就考虑具体落实。当时的想法是实现两个产业化:一是设备的产业化;二是金刚石膜产品的产业化。1999年开始出售金刚石拉丝膜。当时河北河间地区应用比较集中,我们的科研人员自己跑河间,找市场。不料,临近春节大批的退货来了。拔丝质量差,表面不光滑:产品质量出现了问题。经分析,问题就出在金刚石膜:金刚石膜的致密度不够,晶界过大,容易掉钻儿。
  
  2000年转制使我们产生了巨大困难,首先事业经费没有了,面临自收自支、自负盈亏的生存压力。转制为企业,人心浮动,骨干流失。起始就参与金刚石项目的科研人员,到转制后的几年退休的退休、调离的调离几乎有半数流失,仅有的3名研究生也全都弃之而去。
  
  产品不过硬,市场没打开,经费没有了,人才流失了:困难重重,步履艰辛。但项目的主持人留下了、部分科研骨干留下了,他们也曾面临种种诱惑,但他们很坚定的留下了。多年的心血,多年的感情,他们要与项目共生死,与项目共荣辱,他们要对这个项目负责,要对科学院、对激光所、对这个团队负责。这个团队虽遭受重创但并没有被瓦解。从艰难中爬行过来的团队,必定是一个负责任的团队,必定是一个敢于担当的团队,必定是一个充满了希望和信心的团队!
  
  通过卖设备、争取科研经费、切割机收入的补贴等维持了科研开发工作的运转,也将这个团队带出了艰险的沼泽地。卖设备,也是为求生存不得已而为之,尽管主要销售给了用于研究的高校或科研院所。多种渠道争取的科研资金,尽管量不大,在最困难的几年里发挥了不小的作用。等离子体研究室是靠切割机起家的,当时切割机的效益也不算太好,但它还是尽其所能拿出了部分收入用于金刚石项目的研发。
  
  怨天尤人无济于事,转制为企业,目光就要聚焦于市场。在市场上遇到了挫折,尽管令人气丧,但决不能放弃。因为我们很清楚走产业化的路子成了唯一的选择,也是检验科研水平的试金石。首先我们根据客户提出的问题和意见,有针对性的解决金刚石膜致密度不高的问题。重新设计等离子炬,改进工艺,到2003年下半年时拉丝膜芯应用成功,效果明显优于高温高压等方法制备的金刚石。通过承担“化学气相沉积金刚石厚膜的完整性研究”、“化学气相沉积金刚石厚膜工艺研究”、“工具级CVD金刚石生产质量控制技术研究”以及成果转化项目等在围绕产业化要求方面展开了一系列的工艺研究。固化工艺,以适应规模生产的要求;工艺各参数的精准量化,以适应制备不同规格的要求;优化工艺,以提高成品率,提升竞争力;完善后续加工手段,以满足客户的不同要求。
  
  在改进设备、完善工艺的同时,我们仍不断留意国外同行进展情况。自2001年起,经人介绍留学英国的燕山大学博士张丽颖连续三年来我所讲解国外金刚石行业发展动态及自己在修整器领域的研究情况。同时也有部分产品作为修整器坯料通过她销售到欧洲市场,这也是我们的产品卖到国外的开端。随着产品质量的提升,销售量也在不断扩大。2006年秋我们的科研人员第一次走出国门推销自己。
  
  这样,通过几年的刻苦攻关和不懈努力,在市场与科研之间逐步建立了良性互动关系。现在我们可以批量生产不同规格的拉丝模芯、修整器坯料、热沉膜以及部分光学膜。2006年我们在全球率先推出透明的机械级CVD金刚石,以其极高的性能价格比,引起欧美市场的广泛关注,并很快取得了全球领先的市场份额,成为世界范围内少数能生产高品级CVD金刚石的厂商之一。自2005年起,金刚石膜的销售收入已基本能够维持项目的正常运转,当时经营收入不足200万元,2009年跃至900多万元。至此,可以说我们基本上走出了一条产业化的路子。
  
  三、加强科研储备,优化发展环境,争取更好的成绩
  
  十年磨一剑。十几年的风雨历程可谓艰辛,但最终还是走出了一条属于自己的道路。这条道路也启示我们:抓科研,开创自己的技术优势。科学无穷期,而市场也不断在更高层次上展开竞争。根据市场发展趋势与要求,近两年我们陆续开展了“宝石级金刚石大单晶制备”、“硼掺杂CVD金刚石膜沉积技术”、“高端CVD金刚石制备关键技术——缺陷研究”和“大面积高质量金刚石厚膜的制备”等课题的研究。
  
  2008年开始的全球金融危机波及面之广、深度之大前所未有,金刚石项目也未能幸免。由此深感,我们的产品太单一、我们的客户太单一。为保持国内国外的领先优势,也需要不断在科研的前沿领域探索,并不断拓展新的方向。以上所做的努力是一种尝试,这些课题还未能见到成效,特别要开拓新的应用领域还需假以时日。
  
  为了给金刚石项目的发展创造良好的环境,在院领导的大力支持下,组建了金刚石有限责任公司。就是希望通过创建现代企业管理制度,来保障金刚石项目的健康快速发展。
  
  来源:中国超硬材料网

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