磨料磨具行业新鲜事(3月19日):高压制备n型导电金刚石领域取得



商悦传媒   2019-05-01 03:31

导读: 3月15日,第十六届中国国际机床展览会(CIMT2019)新闻发布会在京举办。CIMT2019将于2019年4月15至20日在北...

  3月15日,第十六届中国国际机床展览会(CIMT2019)新闻发布会在京举办。CIMT2019将于2019年4月15至20日在北京中国国际展览中心(新馆)举办,并以 “融合共赢 智造未来”为主题,而这一主题也准确、鲜明地反映了我国机床工具产品市场和产业发展的时代特征,昭示着行业未来的发展趋势。

  据了解,中国国际机床展览会(CIMT)从1989年创办至今,已走过30年的发展历程,成功举办了15届,CIMT得到了境内外各界的大力支持,在全球四大国际机床展中,品牌地位和行业影响力不断提升;同时作为本年度最重要的世界机床工具盛会,CIMT2019将是对接中国机床工具消费市场的最佳窗口和平台,再次吸引全球目光。

  会上,毛予锋常务副理事长分析了当前国际国内的经济形势,介绍了2018年中国机床工具行业运行情况以及2019年全国释放的利好政策信号。2018年,中国机床工具消费市场呈现前高后低年末平稳的态势,全年金属加工机床消费总额291.3亿美元,同比微降2.8%;生产总额234.6亿美元,同比下降4.3%;出口总额40.0亿美元,同比增长21.6%;进口总额96.7亿美元,同比增长10.6%。2019年是中国经济社会发展中意义非凡的年份,新中国迎来70周年华诞,全面建成小康社会步入关键之年。国民经济有望继续保持平稳、健康、可持续发展,我国政府推出了简政、减税、降费、融资便利等一系列政策措施,制造业有望迎来新的发展机遇期。对于中国机床工具行业而言,亦是充满挑战的关键之年,中国机床工具行业进入转型升级和高质量发展的关键阶段。

  王黎明秘书长则对本届展会的规模进行了介绍,他说到,“CIMT2019将使用北京?中国国际展览中心(新馆)全部8个室内展馆(E1、E2、E3、E4、W1、W2、W3、W4),以及6个临时展馆(E5、E6、E7、E8、W5、W6),展出总面积达14.2万平方米。截至目前,共有来自28个国家和地区的1700多家机床工具行业制造商参展,其中境外展商874家,境内展商838家,展出面积各占50%左右,展会规模再创历史新高。全球范围内的知名机床工具制造商将携其最新技术和产品悉数到场。其中,捷克、法国、德国、印度、意大利、日本、西班牙、韩国、瑞士、英国、美国、中国地区和中国香港地区等13个国家和地区的机床协会和贸促机构将组团参展。”

  根据最新统计,本届展会的展品水平和品种、规格的覆盖面均创新高。数万件展品囊括了主机、数控系统、功能部件、量具量仪、机床电器以及刃具、附件等。其中主机产品包括金属切削类、金属成形类、特种加工类,以及三坐标测量机、火焰切割等其他类型设备。物联网、人工智能、工业机器人、增材制造(3D打印)等热点技术将成为关注焦点。

  此外,展会期间,主办方还围绕展会主题组织了丰富多彩的行业活动,主要包括:2019机床制造业CEO国际论坛、2019年国产数控机床应用座谈会、数控机床专项成果展示、数控机床互联通讯协议标准(NC-Link)应用成果展示、“院校之窗”专题展区、国际化经营座谈会、2018年度四项“行业十佳”会员企业表彰结果发布、各国家和地区机床协会联席会以及技术交流讲座等,最大限度地提升观众的观展体验。

  此前,北京沃尔德金刚石工具股份有限公司(以下简称沃尔德)正式成立CVD金刚石材料研究所,并将其组织编制放在全资子公司廊坊西波尔钻石技术有限公司内。今后,CVD金刚石材料研究所将承担起沃尔德公司在CVD金刚石材料方面的一系列研发项目,以期实现对CVD金刚石材料性能、生产、应用等方面的提升与突破。

  研究团队由拥有十多年CVD金刚石研发经验的高级工程师(教授级)、多名工具制造经验丰富的技术工程师和多名博士、硕士等高学历专业人才组成。

  CVD金刚石材料研究所采用扁平化管理模式,依据细分领域下辖一个研究室和三个相对独立的项目组:

  采用多种技术进行工具级、热沉级、光学级多晶CVD金刚石材料和工具级、宝石级单晶CVD金刚石材料制备技术的研究和批量生产。同时涉猎CVD金刚石薄膜涂层工具。

  研究和优化PCBN、单晶及CVD多晶金刚石、PCD复合片、PCD等刀具材料与硬质合金基体的焊接工艺、焊接技术和焊接设备;

  采用真空钎焊的方法制备多种涂覆型金刚石工具,用于替代生产过程对环境有较大危害的电镀金刚石工具。产品的使用性能和使用寿命均远超电镀工具;

  研究和优化CVD金刚石刀具的制造工艺、开发CVD金刚石刀具新产品、提供CVD金刚石刀具的使用服务。同时采用真空钎焊技术进行自有知识产权的CVD金刚石砂轮修整工具的制造。

  近日,曲阜师范大学物理工程学院刘晓兵教授(实验)和陈欣教授(理论)研究团队在高压制备n型导电金刚石领域取得重要进展,部分相关成果发表在国际顶尖期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS,Boron-oxygen complex yields n-type surface layer in semiconducting diamond,DOI:10.1073/pnas.1821612116)。刘晓兵教授为论文第一作者与通讯作者,陈欣教授为论文第二作者与合作通讯作者,曲阜师范大学为论文第一作者与通讯作者单位。

  众所周知,金刚石作为自然界中最坚硬的物质,还具有最大热导率(20 Wcm-1K-1)、最宽透光波段、最快声速、高德拜温度(1800 K)、耐腐蚀、抗辐射、超宽带隙(5.47 eV)、高击穿电压、高载流子迁移率(3800–4000 cm2V-1s-1)等多种优异的物理性能,被认为是最有潜力的宽带隙半导体材料之一。纯净金刚石是良好的绝缘体,容易通过掺杂少量硼元素形成p型半导体。然而,迄今为止,n型金刚石半导体的制备仍是材料物理界最富有挑战性的课题之一。为了解决宽带隙金刚石半导体的单极性、施主杂质能级深、电阻率高等科学难题,刘晓兵教授课团队利用高温高压合成技术实现了n型多元共掺杂金刚石单晶的制备。

  该团队研究发现,在重掺硼金刚石单晶生长过程中,硼原子主要富集于{111}生长晶面,并倾向于与氧原子结合形成B-O复合缺陷,可以在1000 K以上保持稳定。在高温高压条件下,通过调节金刚石晶体中B-O元素的比例,可以实现p型向n型电导转变,且具有极高的载流子浓度(~1021 cm-3),大幅提升了传统硫、磷掺杂n型金刚石半导体的载流子浓度(1017–1019 cm-3)。通过在金刚石结构中构建B-O复合缺陷模型,利用第一性原理模拟发现,B3O与B4O是两种具有浅能级结构的潜在施主杂质,且B-O复合缺陷的形成能较低,因而在高温高压实验条件下最容易形成。该项研究成果为在金刚石结构中寻找新的浅能级施主提供了新思路,是利用极端条件科学装置开展新材料物理研究的典型案例。

  该成果实验工作主要依托我校物理学科的高压实验室完成,是山东省内首个可以同时满足利用六面顶大腔体液压设备在7.0 GPa高压、2700 K高温条件下开展材料合成实验,并可利用金刚石对顶砧与激光加热技术在100 GPa及1.8–4000 K范围内开展材料物性原位测试的实验平台。理论模拟工作在我校高性能计算科学中心服务器上完成。该项研究得到了国家自然科学基金委、山东省一流学科建设项目、曲阜师范大学人才引进专项等资金资助。