世界超硬材料看中国,中国超硬材料看河南。河南为何是全球最大的超硬材料生产基地,郑州为何又是超硬材料的中心?
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年,一五计划实施,其中一个重点项目就是中国第二砂轮制造厂,由当时的民主德国对口支援。原本二砂是准备建在武汉的,但恰巧这个时候巩义发现了大型铝钒土矿,最后二砂改建郑州。
关于二砂的没落以及再以文创之名重生又是另外一个故事,后续有机会再聊。
年,国家开始筹建磨料磨具研究所,选址在郑州,具体位置就是二砂厂内。三磨所除了部分技术人员来源于一砂和四砂,但是主力人员都是二砂的,并且接受二砂代管。不过郑州三磨所的定位是全国各砂轮厂的共同科研单位。
虽然各地砂轮厂建立起来了,但是缺乏核心的材料:人造金刚石。当时的人造金刚石全部依赖进口,用现在的话来说,就是被国外卡脖子了。
要想真正地完成工业化,就必须要解决这个卡脖子问题,必须要研究出来中国自己的人造金刚石。
年,国家第一机械工业部设立了号研究课题,郑州三磨所接受了这个光荣而艰巨的任务:研究人造金刚石。
据人造金刚石第一人王光祖老先生回忆道,当时缺乏相关资料,也没有这方面的专家;且当时中苏交恶,已经不能从苏联那里学到东西了。
所以必须依靠独立自主、自力更生,三磨所以及其他单位的科研人员不负众望,终于啃下了这块硬骨头。
年成功地研制出中国第一颗人造金刚石,这是继美、苏等国之后的第五个国家。
为了纪念号课题组,三磨所之后搬家也一直都和有关,从郑州华山路号,再到梧桐街号,以及现在科学大道号。
研制出人造金刚石只是完成了万里长征的第一步,更关键、更苦难的是研发出制造金刚石的机器。这一次依旧是第一工业机械部的任务,完成中国自主的人造金刚石液压技术。
这一次三磨所又派出王光祖老先生以及余志超、李进保等人一起去济南铸造锻压机械研究所去联合攻关。最终在年研发出我国第一台六面顶压机,其困难之大可想而知,但终究还是攻克了这些难关。
当时三磨所的领导亲自去济南看望他们,并给他们颁发一个大奖:每人一碗烩面。
六面顶压机是国外两面顶压机效率的20倍,中国开始成为超硬材料的中心,从进口国成为出口国。全世界的超硬材料90%产自中国,全国超硬材料80%产自河南。
由于中国造的六面顶压机物美价廉,还出口到全球各地,包括美国、日本、俄罗斯等国家;元素六、日本住友电工、韩国ILJIN公司等全球知名企业纷纷采购。
因为金刚石的中试基地在郑州,而中国第一台六面顶压机也放在了郑州三磨所。这台机器一直服役到年,累计产生万克拉金刚石,是中国超硬材料界的功勋压机。
在60年代,无论是金刚石还是六面顶压机都是抢手货。可谓是机器一响,黄金万两。当时的1克拉金刚石大概在32块钱,一台六面顶压机一天能生产多克拉金刚石,折合1万多元。
当时王光祖老先生的月工资才60多块钱,购买2克拉金刚石的。
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六面顶压机成功的消息,在全国范围内引起了轰动。一时间,全国各地的人员纷纷到郑州来学习。郑州三磨所的技术人员也热情地帮助大家,甚至成立小分队,主动到其他单位去培训,把这项技术带到全国各地。
以郑州三磨所为基础,郑州开始成为磨具磨料的中心,一直持续到现在。
二砂和三磨所可以说是中国超硬材料的黄埔军校,有一部分工人、技术人员从二砂、三磨所离职,把相关技术和经验带到全省各地,包括商丘、南阳、许昌、焦作等地区都是知名的超硬材料生产基地,这也奠定了河南在超硬材料的地位。
从郑州三磨所辞职的工程师冯金章,在柘城县创办了邵园金刚石厂,虽然他的金刚石厂没有成功,但是培养了一大批技术工人,力量钻石的创始人邵大勇就曾经在这个工厂工作。如今柘城县已经成为中国的人造钻石之都,诞生了力量钻石、惠丰钻石等知名企业。
地处长葛的黄河实业公司也和郑州三磨所合作,成立了黄河旋风,如今是中国最大的人造金刚石、培育钻石企业之一。
南阳的中南钻石和郑州三磨所也有深度的合作,并在郑州高新区成立了子公司中南杰特,就在郑州三磨所附近。
地处郑州的华晶、四方达、富耐克等企业也和郑州三磨所建立合作关系。并且在年,由郑州三磨所牵头,联合力量钻石、惠丰钻石、富耐克等企业一起成立了河南省功能金刚石研究院。
说个题外话,如果当时巩义没有发现大型大型铝钒土矿,那二砂、三磨所可能就落地在武汉了,河南也就不会成为现在的超硬材料基地了。如果郑州能够多一些三磨所这样的科研机构,那么郑州的科创产业绝不是现在这般光景。
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在金刚石等超硬材料行业,河南在行业中拥有着绝对的领导地位,有黄河旋风、郑州华晶、力量钻石、中南钻石、惠丰钻石、联合精密等龙头企业,总产量占据全国80%以上。
其中中南钻石的金刚石产销量连续多年位居世界第一,子公司郑州中南杰特公司的立方氮化硼产品产销量连续多年位居全国第一。
而这些超硬材料企业的产品又细分为三大板块:金刚石单晶、金刚石微粉、培育钻石,每个产品都是有不同的用途。
金刚石单晶还是金刚石微粉原材料,金刚石微粉是金刚石单晶经过破碎、球磨等加工后形成的微米级或亚微米级超细金刚石粉体。不同原材料配方、不同的合成工艺参数不仅可以用来生产金刚石单晶还可以用来生产培育钻石。
所以,做金刚石微粉和培育钻石的力量钻石,会向黄河旋风和中南钻石购买金刚石单晶等原料,又去卖培育钻石与黄河旋风、中南钻石进行竞争。既是合作伙伴,又是竞争对手。
看下金刚石单晶,根据《年中国磨料磨具工业年鉴》相关统计数据显示示,行业内主要生产商金刚石单晶产量约为亿克拉,产值约为35亿元,每克拉不到3毛钱。
人造金刚石从年的30元/克拉降到现在的3毛钱/克拉,硬生生地把人造金刚石打成白菜价,郑州三磨所功不可没。
金刚石单晶主要用于制造锯切工具和钻进工具,在材料的粗加工中应用普遍,终端应用领域侧重工程施工、资源开采等领域。
金刚石微粉,根据《年中国磨料磨具工业年鉴》相关统计数据显示,行业内主要金刚石微粉生产商的产量约为47亿克拉,产值约为12亿元。
主要用于制造磨削工具,在材料的精细加工中应用普遍,终端应用领域侧重精密机械加工、清洁能源、消费电子、半导体等领域。
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再说一下金刚石超硬材料的上游,包括原材料、生产设备、制作工艺,河南人依旧掌握核心技术。
原材料包括:金属触媒粉、石墨粉、顶锤、复合块、叶蜡石、合金电阻带、导电钢圈等,根据力量钻石的招股说明书:原材料占生产成本比例大概为20%左右(不包括金刚石单晶)。
大致生产流程如下:采用高温高压法,用石墨粉、触媒粉、添加剂等材料,制作成石墨柱;石墨柱做成合成块,合成块做成单晶,单晶提纯之后,就变成了金刚石单晶。
核心技术在于原料配比、生产工艺以及机器(六面顶压机)。
原料配比和生产工艺的话,各家厂商基本上大同小异,都是当年三磨所传播出来的技术,只不过每家厂商又有不同的改进。
生产设备:六面顶压机,主要生产厂家集中在河南,包括郑州三磨所、黄河实业、郑州华晶、焦作天宝以及营口鑫源等厂商,价格在70-万左右/台,三磨所的年产能在-台左右。
根据中国机床协会的数据:目前中国现有六面顶压机00台左右,预计年六面顶压机的产能为0台。
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郑州以及河南在发展超硬材料产业中也面临着一些问题:
1,除了几大龙头企业,还存在着一批规模小、技术水平低的企业,行业无序发展,对市场具有一定的扰乱作用。
2,高端产品比例低,虽然河南的超硬材料整体规模很大,但是在高端产品上依然是美国、日本等企业的市场,比如高端大单晶产品依然被国外垄断。
3,产业引导不够精细化,超硬材料、磨具等产业会在生产过程中产生一定的污染,但是由于目前的环保政策,导致很多企业难以生产或者难以扩大生产。
建议相关部门进行认真调研,切莫一刀切。对于超硬材料、磨具等产业,加以引导和支持,打造相关的产业园,在对于企业排污进行集中管理。并在技术、资本等方面给予相关支持,支持小微企业做精,龙头企业做强。
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河南有完整的超硬材料产业链条,上游的原材料、生产设备,中游的金刚石生产,下游的模具制造一应俱全,在业界都有举足轻重的地位。
河南也诞生了一批超硬材料相关的上市企业:黄河旋风、力量钻石、中兵红箭(超硬材料业务在南阳的中南钻石)、国机精工、四方达等A股上市公司,还有一批后备企业,包括:富耐克、厚德钻石、惠丰钻石、联合精密、晶锐新材料、中钻新材料、郑钻等企业。
据最新数据统计:郑州现有规模以上超硬材料企业近家,产业规模超过80亿元。其中,立方氮化硼聚晶产量占全国总产量超过80%,立方氮化硼单晶产量超过70%,精密加工用超硬材料工具产量超过30%。
目前,郑州、河南超硬材料企业资本化并不乐观。不过,随着市场对制造业