“十五五”规划建议提出,“强化企业科技创新主体地位”。在河南郑州,有一家“60多岁”的老企业,曾造出新中国第一批人造金刚石。如今,企业瞄准产业需求,持续发力创新,不断挺进新赛道,充分体现科技创新主体地位。
走进河南郑州梧桐街121号院,一台铰链式六面顶压机矗立在园区。60多年前,新中国第一批人造金刚石,从厚重的钢铁腔体内淬炼而出。这台“功勋压机”作为我国超硬材料工业发展的见证,退役后保存在其研发地——郑州磨料磨具磨削研究所有限公司(以下简称“三磨所”)。
“牙齿是人体最坚硬的部件。用这个大块头合成的金刚石,就是工业领域最锋利的‘牙齿’。”抚摸钢铁机身,92岁的三磨所老职工王光祖不胜感慨。
新中国成立后,刚起步的工业领域急需大量金刚石。为打破西方封锁,由原国家第一机械工业部批准成立的三磨所,被赋予自主研发“金刚钻”的使命。
“我们的任务课题代号是121,这也是公司厂址门牌数字的由来。我是学化工的,一开始都不知道金刚石长啥样。大家从各领域抽调来,就是要实现超硬材料‘从0到1’的突破。”作为课题组主要成员,王光祖至今忘不了1963年的那个冬夜:伴随着压机内传来的巨响,历经30余次试验,我国首颗人造金刚石成功问世。
1965年,三磨所参与研制出第一台六面顶压机,国产金刚石实现量产;1966年,第一颗立方氮化硼研制成功,两大超硬材料的拼图自此完整……如今,我国人造金刚石年产量约占全球的95%。
生产车间内,巨型压机整齐列阵,监视平台数据屏上显示多项数据。液压系统嗡鸣声起,6个粗壮的顶锤缓缓合拢。平静的钢铁外壳内,碳原料正经历着高温高压,进而孕育出金刚石晶体。
“这是我们研制的新型六面顶压机,缸径更大、性能更高、寿命更长。”老职工鲁涛是一名60后,去年刚退休的他语带自豪,“压机不断升级,公司的业务板块也在不断拓展。”
1981年入职第一天,鲁涛便被老师傅带到车间,学习压机操作要领。当时,他只知道金刚石很贵:“1克(5克拉)够我1个月的工资。”老师傅说,要让金刚石发挥更大作用,还要把它做成砂轮等磨削工具。
超硬材料产品长期被用作传统磨具、刀具,服务于机械工业领域。改革开放后,新需求涌现,三磨所也开始拥抱市场、尝试变革。
“老厂的转型很艰难。尤其是上世纪90年代科研院所改制,我们成了自负盈亏的企业。”鲁涛回忆,当时科研资金短缺、员工工资减少、技术骨干流失,“走在车间,听到的都是连片叹气声。”
很快,三磨所调整发展定位,瞄准蓬勃发展的汽车、电子信息领域,开始在新赛道谋求突围。
“转型初期,所里确定陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮为一个专攻产品。当时国内没有可用的高速磨床,所里也不具备磨削试验条件。”鲁涛说,他们只好跑到省外,在客户改装的设备上做试验。“砂轮产品重20多公斤,害怕运输磕碰,大伙儿轮流背着上火车。试验失败,再灰溜溜地回所里总结。”
靠着这股冲劲,三磨所的超高速砂轮跟上了行业步伐,不仅实现了国产替代,还进入国际知名车企生产线。如今,汽车发动机动力总成、变速箱、转向系统、刹车系统等精密零部件的加工,都能找到超硬材料的身影。
从大国重器的矢量发动机,到信息处理的手机芯片;从大型船舶的传动曲轴,到细如发丝的医用刀具……曾长期应用于机械领域的“工业牙齿”,正“咬合”在人类探索的多个新兴领域。
“越是战略性新兴产业,越可能遭遇‘卡脖子’。打通超硬材料领域的关卡,是我们这代青年科研人员的使命。”全国劳动模范、三磨所超精密加工技术研究室主任王帅说。
近两年,国产人形机器人备受瞩目。在机器人“关节”等关键部件上,王帅和同事们找到了新市场:人形机器人使用的内齿轮,多是硬度较低的软齿面,传统加工工艺很难兼顾精度与效率。“齿面硬度和精度直接影响机器人‘关节’能不能顺滑、省力地反向驱动,如果做成硬齿面,还能提升‘关节’的使用寿命。”
去年,王帅团队成功申报国家级科研项目,研发用于人形机器人“关节”加工的精密超硬磨具。由于该磨具形状极为复杂、精度要求在微米级,王帅形容其研发难度不亚于在头发丝上“绣花”——而且是在几十根发丝上绣出精度一致的“花”,否则各齿便无法使用。经过艰苦攻关,团队已完成机床软硬件升级改造,在实验室里突破了多齿精密超硬磨具的微米级修整技术。
近年来,人造金刚石的应用领域还从工业材料拓宽到功能材料、消费产品。在三磨所钻石品牌展柜,胸针、钻戒等培育钻石产品璀璨夺目。
“金刚石是自然界最坚硬的物质,千磨万击才孕育出来。比金刚石更坚硬的,是我们攻克难题的决心。”站在历经60多年风雨的“功勋压机”旁,王光祖的话语充满坚定。