河南超硬材料產(chǎn)業(yè)基地

基地遵循“材料規(guī)模化、制品專業(yè)化”的原則大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，超硬材料產(chǎn)業(yè)已成為河南經(jīng)濟(jì)的一大亮點(diǎn)。2100433B

國家火炬計(jì)劃河南超硬材料產(chǎn)業(yè)基地于2002年12月經(jīng)國家科技主管部門批準(zhǔn)建立，2003年被評(píng)為先進(jìn)火炬計(jì)劃特色產(chǎn)業(yè)基地，同年被認(rèn)定為國家“十五”“863”計(jì)劃成果產(chǎn)業(yè)化基地。基地由鄭州高新區(qū)超硬材料產(chǎn)業(yè)園，長葛黃河金剛石城等組成，國內(nèi)超硬材料行業(yè)研發(fā)、工程技術(shù)、檢測、信息、標(biāo)準(zhǔn)化及人才培訓(xùn)中心等8個(gè)國家中心均設(shè)在基地內(nèi)。

基地現(xiàn)已形成由骨干企業(yè)、中小型科技企業(yè)組成的較為集中的產(chǎn)業(yè)群體和較為完善的超硬材料產(chǎn)品體系，其中原輔材料、金剛石材料、立方氮化硼單晶、金剛石微粉、制品專用設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)檢測儀器等在全國市場的占有率分別為30%、40%、80%、60%、80%和90%。2002年基地實(shí)現(xiàn)技工貿(mào)總收入20億元、利稅5.6億元、出口創(chuàng)匯3430萬美元。

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，隨著下游應(yīng)用市場需求的不斷擴(kuò)大，復(fù)合超硬材料下游需求呈現(xiàn)較快增長的態(tài)勢。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)超硬材料與制品產(chǎn)值大約在1:3-1:6之間，隨著下游復(fù)合超硬材料制品市場規(guī)模的不斷增長，復(fù)合超硬材料的市場需求隨之?dāng)U大，其中高品級(jí)金剛石的市場需求占整個(gè)市場的比例大約為60-70%。

首先，石油/天然氣鉆頭用PCD復(fù)合片的市場容量和需求主要由下游油氣鉆頭市場需求量決定，而油氣鉆頭需求量主要由油氣市場需求和油氣開采企業(yè)開采計(jì)劃決定。2009年我國石油產(chǎn)量為18,949萬噸，消費(fèi)量卻高達(dá)38,384.5萬噸，石油對(duì)外依賴性強(qiáng)?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中明確指出要加大石油勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量。

另一方面，中國天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量總體呈增長趨勢。數(shù)據(jù)顯示，2005年到2011年我國天然氣產(chǎn)量一直呈現(xiàn)高速增長趨勢。2011年我國天然氣產(chǎn)量增長迅猛，產(chǎn)量占全球天然氣總產(chǎn)量的3.1%，達(dá)到1,025億立方米，同比增長8.12%。

隨著我國油氣產(chǎn)量的不斷增長，對(duì)于油氣用金剛石復(fù)合片的需求量也表現(xiàn)出旺盛的需求。油氣用PCD復(fù)合片全球市場規(guī)模約為110億元人民幣，我國市場空間大約為14億元人民幣，發(fā)展?jié)摿薮蟆?

根據(jù)美國能源署（EIA）公布的《2011年全球頁巖氣資源初步評(píng)估》報(bào)告，中國是全球頁巖氣儲(chǔ)量最多的國家，可采儲(chǔ)量約為36.1萬億立方米，遠(yuǎn)高于世界其他國家。進(jìn)入“十二五”，我國將頁巖氣勘探開發(fā)作為國家能源戰(zhàn)略的重要發(fā)展領(lǐng)域之一，在《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中指出“退佃煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用”，在《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》明確目標(biāo)要“力爭到2020年產(chǎn)量達(dá)到600-1,000億立方米”。所以，隨著頁巖氣開發(fā)利用的深入，油氣用PCD復(fù)合片必將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，市場規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。

其次，煤田/礦山工具用PCD復(fù)合片的市場需求主要受煤炭的開采量影響。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國從1990年到2009年煤炭的產(chǎn)量和消費(fèi)量都呈現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢，產(chǎn)消基本平衡。2011年我國原煤總產(chǎn)量達(dá)到35.2億噸，同比增加8.7%。在煤炭產(chǎn)量的不斷帶動(dòng)下我國礦用金剛石復(fù)合片市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，礦山用復(fù)合片全球市場規(guī)模近200億元，中國市場規(guī)模約為20億元。

再次，PCD高品級(jí)拉絲模胚受線材在工業(yè)生產(chǎn)和工程建設(shè)中需求量巨大的帶動(dòng)，市場容量可觀，但由于PCD 拉絲模坯的生產(chǎn)成本和售價(jià)較高，有部分對(duì)拉絲效果、精度要求較高的終端用戶選用PCD 拉絲模坯，市場容量有待進(jìn)一步擴(kuò)大。

2013年1月17日《自然》雜志發(fā)表燕山大學(xué)多晶超硬材料合成技術(shù)突破性成果，燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組在國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體、重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目以及科技部973項(xiàng)目的持續(xù)資助下，與國內(nèi)外科學(xué)家合作，在多晶超硬材料合成技術(shù)和超硬材料硬化機(jī)理研究方面取得突破性進(jìn)展。利用高溫高壓技術(shù)成功地合成出超高硬度的納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼塊材，提出了材料硬化新機(jī)制。其研究成果發(fā)表在2013年1月17日最新一期的Nature雜志上。優(yōu)異的綜合性能表明納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼是一種工業(yè)界期盼已久的刀具材料。這一研究成果向人們展現(xiàn)了合成高性能超硬材料的新途徑——— 獲得超細(xì)納米孿晶結(jié)構(gòu)。

中國材料科學(xué)家燕山大學(xué)田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)馬琰銘教授和美國芝加哥大學(xué)王雁賓教授合作，繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之后再次取得突破，在高溫高壓下成功地合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石塊材。研究成果發(fā)表在2014年6月12日的Nature雜志上。

超硬材料主要是指金剛石和立方氮化硼。金剛石（英文：Diamond）是已知的世界上最硬的物質(zhì),另外C60的硬度可能不亞于金剛石，但尚未定論。立方氮化硼硬度僅次于金剛石。這兩種超硬材料的硬度都遠(yuǎn)高于其它材料的硬度，包括磨具材料剛玉、碳化硅以及刀具材料硬質(zhì)合金、高速鋼等硬質(zhì)工具材料。

因此，超硬材料適于用來制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬質(zhì)材料方面，具有無可比擬的優(yōu)越性，占有不可替代的重要地位。止因如此，超硬材料在工業(yè)上獲得了廣泛應(yīng)用。除了用來制造工具之外，超硬材料在光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)方面具有一些特殊性能，是一種重要的功能材料，引起了人們的高度重視，這方面的性能和用途正在不斷地得到研究開發(fā)。