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锐意创新、硕果累累,推动行业技术进步

2018-09-19 | 编辑:机械工业教育网 | 来源:中国机械工业联合会机经 | 浏览量:

        回顾桂林矿产地质研究院超硬材料及制品的发展历史,在改革开放的40年间锐意创新,取得了诸多引领中国超硬材料行业发展和技术进步的成就,仅此整理成文,以期与国内同行共享那自豪而美好的荣耀。

    改革开放之前,桂林矿产地质研究院就率先提出研制国产人造金刚石地质钻头的创意,把其作为开辟我国钻探技术新途径的方向性战略课题进行攻关。针对当时粗笨落后的合金、钢粒钻进工具效率低、工艺落后的情况,与北京粉末冶金研究所等单位合作,在国内率先研制出人造金刚石地质钻头,并应用于地质钻探,取得显著成效,并迅速在国内推广。由于该项技术对我国地质钻探水平的提高具有突出的贡献和影响,1978年获全国科学大会奖。改革开放之初,桂林矿产地质研究院完成金刚石地质岩芯钻探配套技术研究,使我国的岩心钻探技术从此向前迈出了跨时代的一大步,也令我国探矿工程发展的技术思想从此发生了根本性的转变,使中国的钻探技术从此由“钢粒钻进”进入了“人造金刚石钻进”新阶段,也引领人造金刚石正式从机械加工扩展到了地质钻探领域。“金刚石地质岩芯钻探配套技术的推广应用”成果于1985年获得国家科技进步一等奖,为迄今为止行业获得的最高奖。

    上世纪80年代末90年代初,该院在成功研制金刚石聚晶的基础上,制出了我国第一只表镶人造金刚石聚晶钻头,并在6级以下软岩层中实现了快速钻进,有效取代了硬质合金钻进,实现了全孔金刚石钻进的目标。之后针对国内金刚石三角聚晶烧结体始终存在质量不稳定、仍需从国外进口的状况,我院通过艰苦试验,大胆创新,从原料选取、工艺细化、监测精密化等技术手段的攻关,成功克服金刚石三角聚晶烧结体质量难以稳定的难题,在国内首次与美国进口的三角聚晶联合使用制作石油钻头获得成功,解决了多年来国内金刚石三角聚晶的质量始终不能稳定在一个较高水平的重大技术难题,使产品在工业化生产方面取得了突破性进展。“钻井用金刚石三角聚晶烧结体的研究”成果于1992年获中国有色金属工业总公司科技进步二等奖。

    同时期,该院在国内率先研制了石材切割用JYG-I型圆锯片及DJT-I型条锯,项目获得成功后被列入国家火炬计划。项目产品具有切割效率高、使用寿命长等特点,很快在国内得到众多石材企业的好评。“JYG-1型人造金刚石圆锯片与DJT-1型人造金刚石锯条的研制”成果于1992年获中国有色金属工业总公司科技进步二等奖。

    上世纪90年代初至本世纪初,桂林矿产地质研究院在与北京钢铁学院合作,在上世纪80年成功开发“LBN-Y立方氮化硼硬质合金复合材料”的基础上,开展PCBN系列产品开发,先后完成了高韧性立方氮化硼/硬质合金复合片刀具材料的研制、高品质立方氮化硼多晶复合材料的开发、大直径立方氮化硼聚合体的开发研究、优质低成本立方氮化硼聚合体的开发、高效高精加工用立方氮化硼(PCBN)的开发研究、应用国产大压机合成高端超硬复合材料关键技术的开发等项目研究,通过采取加入适量添加剂和细化CBN晶粒的方法,研制出高韧性PCBN,有效解决了国内PCBN产品存在的“硬度有余而韧性不足”和国内长期以来未能取得明显进展的PCBN产品质量稳定性的问题,产品的耐冲击性能达国外同类产品WBN的水平,采取添加剂的方案为国内首创。通过采取加入能形成导电粘结相的添加剂和采用单粒度细颗粒CBN的方法,成功开发出可加工性能良好的高品质PCBN材料,是国内PCBN研究和生产的重大技术突破。优质低成本大直径PCBN产品的成功开发,填补了国内相关产品的空白,大大缩短了国内外同类技术的差距。开发的温度补偿技术和压力补偿技术,解决了由于合成腔体扩大后带来的合成温度不均匀及合成压力不均匀等一系列技术难题。上述成果达国际先进水平,获中国有色金属工业协会科学技术二等奖1项、三等奖1项,广西科学进步二等奖1项、三等奖1项。

    20世纪末,我国金刚石工业有了相当规模的发展和进步,但制品还相对落后,出口产品多为DIY低档锯片,还要进口大量的高档金刚石制品。综观当时行业全局,通过改革调整,考虑自身的技术优势,我院决定开辟行业发展的新途径,通过多种渠道成立各种经济实体,经过市场的大浪淘沙,具有强大生命力的桂林特邦新材料公司、国家特种矿物材料工程技术研究中心、桂林创源金刚石工具有限公司相继成立并得到逐步发展壮大,对超硬材料及制品进行了开拓性发展。此后,我院集中精力投入市场急需的高档金刚石制品的研究开发,并立即着手组织激光焊接锯片、激光焊接工程钻头和串珠绳等项目的研究开发,瞄准国外高档产品,引进消化,大胆创新,潜心探索打拼,开发了金刚石串珠绳锯技术并全面推广应用,改变了过去传统的打眼放炮的落后状况,实现了石材矿山开采的现代化。新世纪以来,我院超硬材料工具研究取得新成就,完成的“高档金刚石工具的开发及应用”项目,利用全新的生产工艺补偿或消除装备落后的不利因素;利用较先进的粉末冶金技术和金刚石表面处理技术对结合剂和金刚石进行预处理,提高金刚石的有效利用率;使用国产金刚石制造出高端金刚石工具,为行业提供了示范作用,成果获中国有色金属工业科学技术一等奖。完成的“建筑行业高性能新型金刚石工具的研发及应用”和“高效加工金刚石工具的开发与应用”项目,对制造高端工具的关键核心技术进行系统攻关,开发了一系列实用新技术,形成了先进完备的技术体系,打破国外对我国制造高端超硬材料工具的技术封锁。首次建立了超硬材料工具的完整设计体系,提出以最小单位体积破碎功为目标值的工具设计理念,取得重大理论创新,实现工具的科学设计和半定量性能评价,克服了行业内一贯凭经验进行工具设计的盲目性,推动工具制造从传统的“炒菜式”试验方式向科学设计转变;创建了新的超硬质点表面处理技术、创新开发了工具材料适配新技术,实现了胎体局部性能调控,解决了长期困扰行业的超硬材料工具效率与寿命无法同时提高的重大技术难题;首创了超硬材料工具防失形及梯度切割性能制备技术,实现了工具工作面的等形磨耗,解决了工具工作面磨损不均和整体形状保持性差导致被加工工件形状差的行业重大技术难题;拓展了金刚石类超硬材料工具的应用范围,在国际上首先成功应用该类工具进行特殊材料和矿体(钢铸件、溶解型盐类矿体和高品位金属窄矿体)切割与开采,为该类材料和矿体提供了安全、环保、高效、低成本的新型加工方法。项目的成功不仅形成了国内高端金刚石工具的设计理论,实现了金刚石孕镶工具的定量性能评价,解决了金刚石孕镶工具科学定量设计的难题,同时实现用国产金刚石制造高端工具,为行业技术创新、技术进步起到示范和指导作用,为我国从金刚石生产大国迈向强国奠定基础。而且打破了欧美发达国家对高端金刚石工具国际专业市场的垄断,扭转国内高端金刚石工具长期依赖进口的被动局面,甚至部分产品取得了国际定价权,成果分别获广西科技进步一等奖和广西科学技术特别贡献奖。

    近年来,桂林矿产地质研究院在国内率先成功开发出金刚石组锯绳和组锯机,有效解决了国内采用砂锯加工石材大板而带来的加工效率低、能耗高、污染严重、加工的板材表面凹凸不平、后续加工难度大成本高等行业重大问题,真正实现了绿色加工,石材成材率有大幅提高,对推动板材加工行业的转型升级、促进高端石材加工技术水平的提升起到了积极作用。同时,为行业研发、制造多产品协同使用一致性提供示范。

    悉数改革开放40年来桂林矿产地质研究院在国家超硬材料及工具研发方面取得的成就,获得的国家科技进步一等奖,中国有色总公司科技进步二等奖,中国有色金属工业科学技术一、二等奖,等等奖项,及数不胜数的各种发明和专利,着实令人精神振奋。作为中国超硬材料及制品的创始者之一,凭借着深厚的技术积累和雄厚的人才优势,1992年我院还开办了超硬材料行业内知名的科技期刊《超硬材料工程》,2011年牵头成立了行业顶级学术机构中国材料研究学会超硬材料及制品专业委员会,引领着国内超硬材料及制品的发展方向。

    改革开放的40年,我院历经几代科技人员“长江后浪推前浪”的不懈努力,取得了骄人的业绩,今后,我们将与行业同仁共同努力,朝着“实现超硬材料制品世界强国”的发展目标奋勇前进!

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