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郑州华晶金刚石股份有限公司

宁波晶钻:打破国外设备垄断 把钻石“种”到流水线上

关键词 宁波晶钻 , CVD|2021-06-23 09:43:09|来源 甬上财经
摘要 钻石,也叫金刚石,是自然界中天然存在的最坚硬的物质。从被人们发现之初,就与权力、财富紧紧相连。实际上,金刚石除了钻石高端装饰应用以外,在众多高新技术领域如芯片、微电子、量子、光学、...

       钻石,也叫金刚石,是自然界中天然存在的最坚硬的物质。从被人们发现之初,就与权力、财富紧紧相连。
       实际上,金刚石除了钻石高端装饰应用以外,在众多高新技术领域如芯片、微电子、量子、光学、超精密加工、高端医疗等领域均有极佳的应用前景,在国民经济中具有重要的战略地位。
       在宁波,就有一家名为宁波晶钻工业科技有限公司的企业(甬股交挂牌代码:720151),结合宁波材料所的力量,用“黑科技”把钻石种到了“实验室”里,引到了“流水线”上。

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       据了解,这家企业也是国内行业生产规模最大、产量占全球四份之一的化学气相沉积(CVD大单晶金刚石生产制造商,它在生产设备技术上的突破,更是让中国这个金刚石大国的产业链从中低端迅速跨入了国际合成金刚石应用高端市场。

       打破国外设备垄断

       金刚石具有一系列极其卓越的物理化学性质,如具有极高的硬度和弹性模量、很高的断裂强度、极低的摩擦系数和非常低的热膨胀系数等等。这些特点使其长久活跃在功能材料和工程材料研究的实验室中,是无数科研专家揣摩的主题。
       宁波晶钻工业科技有限公司就是脱胎于宁波材料研究所的一支研究团队,2013年正式成立。
       总经理张军安告诉记者,晶钻科技可以说是全球“培育钻石”这条赛道上最早一批“尝螃蟹的人”,传统合成金刚石的方法主要是依靠高温高压,而晶钻“培育”出来的钻石主要是采取了一种名为化学气相沉积(CVD)的技术。
       何为CVD技术?这个过程和“种植”类似,形象来说,就是在超真空培养仓中,用小钻石作为“种子”,通入碳源气体,让“养料”中的碳原子在微波作用下分离出碳原子,逐渐沉积在钻石种子上,并按钻石的“DNA编码”顺序结晶,这种技术相对于高温高压的方法,最大的优势就是能够让“钻石种子”成长为更大、更纯、可控掺杂的钻石晶体。
       不过,技术有了,这些实验室里诞生的钻石要走向更广阔的应用舞台还需要关键一步,那就是产业化。
       在这个关键节点,相关企业面临最大的关卡就是在“培育”设备上。当时,在国内,想要合成出高品质的单晶金刚石,能供应相关设备的厂家并不多,一般是从日本、美国、德国进口,价格也非常昂贵,换算成人民币大概需要近300万人民币,而且它的核心配件还会受到一些出口掣肘,这对于一些刚走出实验室的企业来说,无疑是一堵高墙。
       工欲善其事,必先利其器。为了不被国外高昂的制造设备扼住喉咙,这支年轻的队伍在专家团队指导下开始自己动手搞起了研发设计。“当时团队总共四十余号人,我们把一半的人力都投到了这一块,是抱着完成全面国产替代的决心在推进的。”张军安回忆道。
       2014年,在攻坚了近一年之后,好消息终于如约而至——宁波材料所里诞生了全国第一台CVD装备,晶钻科技用其生产出了第一颗“中国血统”的钻石。

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       目前,晶钻科技自主研发的CVD装备已经迭代到了第10代,实现了完全的国产替代,共拥有机台数达到了550台,而放眼全世界,机台总数也不过在2000台左右。这些“钢铁工友”,成为了宁波晶钻走入全球金刚石产业序列的最坚实后盾。

       产品市占率达近70%

       钻石在消费市场的美名,早已有之,那么,作为一种材料,它的应用能为我们的生产生活带来哪些变化呢?
       我们中国有一句传统的俗语,叫做“没有金刚钻,不揽瓷器活”,张军安表示,金刚石很早就成为我们生产工具的一部分。现在,从我们最常见的光洁度较高的手机外壳,到一些超精密刀具,甚至在门槛非常高的高端半导体芯片、量子计算机、量子通信、光学窗口、高压物理实验压砧、医疗等领域,都有CVD大单晶金刚石的影子。
广阔的应用前景让晶钻科技团队在攻克CVD装备的难关之后,迅速投入产业化尝试,产能以每年3倍、4倍的速度扩张。
       以晶钻科技为代表,“培育钻石”企业燎原的发展势头,甚至让全球最大的钻石供应商戴比尔斯集团也不得不直面这条赛道的发展前景,并于2018年正式宣布投入人造钻石研究。戴比尔斯的“低头”无疑为这片市场再添一把火。根据摩根士丹利预测,到2030年,全球实验室培育钻石市场(毛坯)将达到40亿美元,年复合增长率达到24%。
       “现在整个行业还是在飞速发展的阶段,2013年的时候,单晶金刚石的尺寸一般在3毫米左右,现在最大已经可以做到30毫米。但是这对我们来说,也仅仅是一个开始,如果未来要将这个材料与芯片等产品相融合,它就需要做到4英寸、8英寸甚至12英寸。”张军安对于未来的展望也印证了一个观点——“钢铁时代”和“硅时代”之后,“碳时代”已经悄然崛起,而单晶金刚石正是材料领域的重要抓手。
       据了解,晶钻科技的产品已占据国内CVD大单晶金刚石70%以上的市场。在该领域中,企业生产能力和规模均位居国际前三,2021年,其产能预计达到50万克拉。
而它的规划蓝图还不局限在单一的材料生产上。如今,在甬江科创大走廊,由晶钻科技投资的产业园正在有序地建设之中,规划用地约123亩,计划总投资超12亿元,涉及业态涵盖金刚石的生产装备、生产材料与电商销售、联合研发等综合业态。
       “我们期待在不久的将来,晶钻科技会成为宁波一张亮丽的名片!”张军安说道。

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