历史钩沉

我国第一颗人造金刚石的诞生

发布时间:2009-09-10 作者:郑州三磨所 王光祖
 

金刚石是极其稀有的矿物,早在公元前三千年就在印度被发现。漫长的历史,对它的性质一直是个谜,直至17世纪末叶才发现金刚石具有可燃的属性。
1954年美国GE公司宣布了人造金刚石合成成功,瑞典则宣布1953年就合成出了金刚石,1959年南非,1960年苏联和日本相继都宣告合成出了人造金刚石,外国的成就,说明金刚石用人工生产不再是不可逾越的课题。当时这种技术对中国来说是完全封闭的。然而,先行者的成功之例,对中国来说在这方面进行尝试,已不再是不可行的事,合成中国自己的金刚石对科技工作者增强了决心和信心。
形势所迫重任上肩
随着我国国民经济的发展,机械加工、地质勘探、石油开采、冶金、电子工业和军工系统对金刚石的需求日益增多。研制人造金刚石已提上国家经济发展的议事日程。
1960年10月,机械部将主攻金刚石合成工艺试验的任务下达给郑州磨料磨具磨削研究所(郑州三磨所)。
超硬磨料金刚石落脚郑州三磨所完全与该所基本任务之一发展新磨料和新磨具相一致,并与其宗旨集磨料-磨具-磨削,即材料-制品-应用于一体相吻合。接受任务后立即组成了强有力的代号为121课题小组,主要人员有于鸿昌、王光祖、卢飞雄、李进保等人。其中于鸿昌和王光祖俩人都是学化学的。于鸿昌1953年毕业于天津大学,王光祖1956年毕业于武汉大学。在大学里他们学习过物质结构、化学热力学、化学动力学等基础理论课程。这样的知识结构是其从事金刚石研究工作的第一个优势。他们俩的笫二个实践优势是分别在苏联和东德学碳化硅冶炼技术,碳化硅冶炼过程中会出现一种称之碳化硅的分解石墨,这种石墨的纯度很高。而且冶炼碳化硅所用的冶金焦炭、沥青焦炭等原料均为碳素材料。这些知识对其参与人造金刚石合成技术的研究也派上了用场。
在1961——1963年三年时间里,正值国家自然灾害的艰苦岁月,重重困难,但是大家在“自力更生,艰苦奋斗”精神鼓舞下,决心啃下这块硬骨头。在研制过程中,我们查阅了北京图书馆和情报专利室已收藏的有关图书资料,对当时发表的有关金刚石的近十条相变曲线,作了逐个分析,总结出了经验公式和石墨―金刚石平衡曲线,写出了《人造金刚石合成工艺理论基础》和《人造金刚石合成工艺实施方案》,为研究工作的顺利展开奠定了基础,提供了有力支持。
通用机械研究所的设计者们,在61型装置的设计中解决了强度计算和材料选择两大难题,上述技术难点得到解决笫一套61型超高压高温装置于1962年问世了。
在一机部系统内强强联合,两个所技术优势互补,对加快人造金刚石的开发进程创造了有利条件。正是这种技术优势才使得机械工业部,为我国人造金刚石工业的形成与发展做出了功不可没的重大贡献。我们这些参与者只是做了我们应该做的事。回首往事,我们无愧于国家的信任,没有辜负国家的期望。
难忘的欢欣之夜
在攻坚战打响前的一次小组会议上,笔者就“人造金刚石合成工艺实施方案”做了详细说明。并以我们经过计算的石墨-金刚石平衡曲线为理论依据展开了实验研究。经过失败、改进、再失败、再改进的艰苦探索,终于1963年12月6日晚上在北京通用机械研究所高压试验室,在我国自行设计与制造的61型两面顶超高压装置上,合成出了中国第一颗人造金刚石。参加这一天试验的人员有:通用机械研究所的胡恩良、许锦枫、张永华和杜福昌,磨料磨具磨削研究所的王光祖、卢飞雄和李进保等。
记得这天晚上在一组方案编号为第32次试验中发现,合成棒中有闪闪发亮的晶体神秘的出现了,用这种晶体刻划玻璃时,耳闻到清脆的吱吱声,这声音是金刚石降临华夏大地的一种信号。我们这些参与者欢呼、跳跃,高喊我们成功了!我们胜利了!这是一个兴奋之夜、不眠之夜、是中国人造金刚石发展永载史册之夜!
所得产物经酸处理和重液分离后得到粒径20——30μm的黄绿色晶体。样品送郑州后,我们这些参与者在北京真是早也盼、晚也盼,盼喜讯的早点到来。几天后的分析结果显示,合成出来的样品其谱线与天然金刚石、美国和日本的人造金刚石样品的谱线完全一致,说明此黄绿色晶体就是金刚石。当我们接到了有D暗号的电报,欢呼声再起,其高兴劲实在是难于言表。笫一颗人造金刚石的研制成功,是毛泽东“自力更生,艰苦奋斗”思想的伟大胜利!是多学科参与联合攻关者们集体智慧的结晶。我们这个项目获1978年全国科学大会奖,这是国家给予我们的最高奖,是我们参与攻关者们的集体荣誉。
从试验室走向生产
笫一颗人造金刚石问世后,国家领导人多次作过批示,通过一机部科技局、机床工具局组织磨料磨具磨削研究所和铸造锻压机械研究所,于1964年联合设计并制造了中国第一台6×6MN饺式“六面顶”合成人造金刚石专用压机问世。1965投入金刚石合成中间试验,创造性地解决了高压腔密封的世界性技术难题,对高压技术的发展是一个重要贡献。为我国人造金刚石的工业化生产奠定了装备基础,可以毫不夸张地说,没有“六面顶”压机就没有中国人造金刚石的今天。超高压装备大型化则又是中国人造金刚石生产技术进步的关键和重要标志。如果说,2003年以前主要是中国金刚石产量的飞跃阶段,那么2003以后主要是质的飞跃阶段。