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鄭州華晶金剛石股份有限公司

立方氮化硼早期研發工作的片段回憶

關鍵詞 立方氮化硼 , 盧飛雄 , 三磨所|2016-11-15 15:29:45|來源 中國超硬材料網
摘要 立方氮化硼是在成功合成人造金剛石的基礎上,人工合成的第二種超硬材料。鄭州磨料磨具磨削研究所在組織實施國家重大科研項目“人造金剛石的研制”(即“121”課題)的過程中,也非常關注立方...

鄭州磨料磨具磨削研究所老專家 盧飛雄
  立方氮化硼是在成功合成人造金剛石的基礎上,人工合成的第二種超硬材料。鄭州磨料磨具磨削研究所在組織實施國家重大科研項目“人造金剛石的研制”(即“121”課題)的過程中,也非常關注立方氮化硼在我國的發展。
  1963年底,我國人造金剛石的研制取得歷史性成功以后,課題組繼續在北京通用所進行了一段時間的合成試驗。1964年我所與濟南鑄鍛所等承擔機械部下達的"人造金剛石中間試驗”任務。“中試”前期工作,主要是濟南所負責設計、加工制造鉸式六面頂壓機。我所在這個時間段,建立了超硬材料試驗及小生產基地。其中包括超硬材料試驗室,配置了兩面頂壓機及加工試件的小型設備,后來國內第一臺鉸式六面頂壓機亦安裝于此;理化室負責產品的理化檢測,還讓出實驗室供合成品的化學處理;金工間安排專用機床并設計專用夾具加工硬質合金頂錘;為了加工葉蠟石組裝件,自制專用設備,邊用邊改進,在樓外搭建加工工作間......。全所上下,通力合作,群策群力,克服困難,為超硬材料的發展奮發工作。這期間,科研力量得到加強,增加了不少新成員。隨著兩面頂設備投入使用,所內得以繼續開展合成金剛石的試驗研究,同時也在鍛煉著隊伍。“中試”進人到鉸式六面頂壓機調試階段時,課題組大部分人員集中到濟南,與濟南鑄鍛所一道,實施鉸式壓機試運行中的技術攻關。留下的人員,一方面為前方提供(或協調)后勤保障,如試件、頂錘等;另一方面繼續在兩面頂設備上做試驗,籌備并開展立方氮化硼的合成試驗。
  參加立方氮化硼試驗研究的人員主要有盧飛雄,徐國泰,楊震等。由于在研制人造金剛石的過程中,科技人員已經認真收集、分析國外發表的有關合成立方氮化硼的技術資料,有成功合成金剛石的實踐經驗為借鑒,大家發揚自力更生,為國爭光的精神,精心準備,反復試驗,終于在1966年11月,在61型超高壓高溫裝置上,以鎂粉為觸媒,六方氮化硼為原料,我所率先在國內成功合成出立方氮化硼,經過一段時間的驗證試驗,轉移到鉸式六面頂壓機上繼續試驗,對六方氮化硼與鎂粉的質量比例、合成壓力、溫度等參數的優選,達到了相當高的合成轉化率,使用自行制備的氮化鎂觸媒,合成出了淺黃色的立方氮化硼。通過試驗得出了從合成棒中分選立方氮化硼的工藝方法。研制工作進展比較順利。
  然而,立方氮化硼問世后,它的應用卻很不順利。立方氮化硼的特點是硬度低于金剛石,而熱穩定性及對鐵族金屬的化學惰性優于金剛石。同時,在當時它們又都是很昂貴的材料。作為磨料,立方氮化硼只能用于難加工材料,特別是難加工金屬與合金材料才有價值??上?,當時我們沒有獲得它的工業需求的信息,加上又正值文化大革命的動亂年代,獲得這種信息變得愈發困難。雖然在所里制作了陶瓷立方氮化硼小砂輪,也沒有找到合適的試用對象。最終只好與人造金剛石作比較,取同一粒度的磨粒在南京鐘表元件廠高速下加工紅寶石微型軸承孔,效率約為金剛石的一半;制成孕鑲法鉆頭在浙江麗水地區鉆探隊探礦,效率及壽命也約為金剛石的一半。這些試驗結果沒有反映出立方氮化硼的特長。不得已,資料歸檔后,項目暫時擱置。
  對立方氮化硼的社會需求,發生在1972年秋。三機部在江蘇昆山開了一次科技協調會,邀請我所參加其中一子項“新高速鋼磨削加工”的攻關。其背景是,航空發動機上大量應用鐵基高溫合金,加工高溫合金的高速鋼刀具,國外通常用牌號M42的高鈷高速鋼,而國內的鈷資源特別緊缺。為了打破西方國家的封鎖禁運,國內相關鋼廠研發了以牌號B201、5F-6為代表的新高速鋼,其特點是釩含量高,制作的刀具工作性能很好,但可磨性極差。這種狀況直接影響新高速鋼刀具的推廣應用。我們感到,這可能是突破立方氮化硼應用的契機。
  1973年,我所重新列題,開展“研制立方氮化硼”的試驗研究。課題組的主要成員有盧飛雄、余志超等。課題目標,一是試驗研究立方氮化硼工業性生產方法,二是實現立方氮化硼在機械加工上的應用。為了實現第二個目標,經過與用戶的密切溝通,課題組帶著所里試制的樹脂立方氮化硼砂輪,到西安紅旗機械廠工具處試磨。在現場,見到了印象深刻的加工渦輪盤的榫槽拉刀。不過,這次不是試磨刀具,而是測試新高速鋼的可磨性。在工具磨床上,以干磨方式試磨手指粗的試棒端面。然而,試磨一開始,情況很不理想,砂輪根本磨不動工件,把進刀量減小也是如此,工件很燙。大伙的心都沉下去了。不過,操作機床的師傅沒有停下來,還是慢慢“蹭”,想看個究竟。過了兩個小時,感覺試磨的情況有好轉,又過了約半個小時,磨削變得清脆,鋒利。這時,有師傅感嘆道,“這砂輪越用越好用”。卸下砂輪在實體顯微鏡下觀察,砂輪工作面上閃亮的磨粒已經露出來了。原來是砂輪沒有預先修整,磨粒表面覆蓋一層結合劑。如果是磨一般鋼材,結合劑是容易被蹭掉的而試磨的棒料又硬又粘,覆蓋的結合劑久久不能磨除。砂輪重新裝上繼續試磨,試棒磨掉了一公分砂輪還保持良好的磨削性能。當時,大家愉悅的心情,難以言表。這是所內多個專業以及我所與使用單位分工合作,協同作戰取得的碩果!至此,立方氮化硼早期研發工作目標已基本實現。
  幾天后,紅旗機械廠派了個7人小組到我所通報試驗情況,溝通進一步合作事宜。我所急軍工所急,研發工作全面鋪開,安排了樹脂、陶瓷、電鍍金屬等結合劑立方氮化硼砂輪的研制,安排了立方氮化硼磨具修整方法的研究。在這些項目的開展過程中,新高速鋼刀具成品終于加工出來了。立方氮化硼磨具加工高溫軸承鋼、高溫合金也取得良好效果。立方氮化硼磨具顯示出磨削能力強、磨削比高、使用壽命長、加工精度高、工件幾何形狀保持性好等一系列優點。立方氮化硼與人造金剛石作為磨料用來加工各種難磨材料展現為各有所長、相互補充的完美組合。此外,我所在完成“研制立方氮化硼”的基礎上,相繼開展了提高立方氮化硼單次產量的研究、立方氮化硼聚晶體的研制。在科研的同時兼搞小生產,推動科研成果轉變為現實的生產力。立方氮化硼及其制品,這時在我所形成了蓬勃發展的局面,于1978年榮獲全國科學大會獎。
  今年是我國立方氮化硼研制成功五十周年,我有幸在參與“人造金剛石的研制”課題以后,較長時間承擔了立方氮化硼領域的研發工作,為其發展盡力奉獻了自己微薄的力量。立方氮化硼行業從無到有,從弱到強,特別是近三十年,隨力改革開放的深入,社會主義市場經濟的推動,體制的轉變迎來了高速基至是爆發式的發展,如今,品種規格齊備,生產成本大幅降低,尤其是生產規模的飛速擴張,令人印象深刻。記得80年代中,我國立方氮化硼年產量不過百萬克拉,現在是數億克拉,增長可謂神速。我國已經成為這一產業的制造大國,并正邁人世界制造強國行列。隨著產品價格大幅度下降,那些傳統上使用普通磨料的領域,已經或正在被立方氮化硼所取代。如今,立方氮化硼變成越來越“平民化”的磨料,其應用的普及與應用范圍的擴展,極大地推動著機械加工和機械制造業的技術進步。在此,祝愿我國立方氮化硼特別是制品產業在改革創新的道路上取得更大的發展。(本文節選自《中國立方氮化硼五十年紀念文集》,請勿轉載。)
 

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