用執著喚醒超硬材料高端制品的明天
——記中國有色桂林礦產地質研究院院長呂智

桂林礦產地質研究院院長呂智是原中國有色金屬工業總公司的跨世紀學術和技術帶頭人，是全國超硬材料領域權威專家之一；他為桂林礦地院做出專攻“超硬材料應用研究和制品開發”而放棄“金剛石原材料研究”的重大決策；他帶領團隊所研發的超硬材料制品，打破了中國只能制造低端金剛石工具的魔咒。他被稱為比金剛石還硬的人。

自然界最硬的物質是金剛石，有人說他比金剛石還硬。

他是原中國有色金屬工業總公司的跨世紀學術和技術帶頭人，也是全國超硬材料領域權威專家之一；20世紀90年代，他堅信“術業有專攻”，為桂林礦產地質研究院做出專攻“超硬材料應用研究和制品開發”而放棄“金剛石原材料研究”的重大決策；他帶領團隊所研發的超硬材料制品，打破了中國只能制造低端金剛石工具的魔咒，引領國內超硬材料制品行業走向一個又一個極致，部分產品甚至已完全替代進口；在他領導下的桂林礦產地質研究院由此成為國家超硬材料研究的牽頭單位和技術發源地之一，是我國超硬行業權威學術機構、中國材料研究學會超硬材料及制品專業委員會的牽頭單位。

他就是桂林礦產地質研究院（2011年更名為中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，以下簡稱“桂林礦地院”）院長呂智。

思維決定高度

1982年，呂智畢業于中南礦冶學院冶金物理化學專業，同年分配到冶金部地質研究所（現桂林礦地院）從事超硬材料研究和開發工作。

2014年9月，呂智榮獲人造金剛石誕生50周年“突出貢獻專家”稱號。

1984年，對超硬材料從“懵懂”到“熱愛”的呂智考入成都科技大學超硬材料研究生班學習，成為時任成都科技大學教授、物理系主任、后享譽全國的物理力學與高壓物理學家茍清泉先生的弟子，茍先生以原子分子物理為基礎對人造金剛石合成機理的深入研究所提出的創造性理論，在當時的超硬材料行業產生了巨大反響。

呂智帶著工作兩年來遇到的問題以及對超硬材料未知世界的熱愛，不斷從茍先生的理論研究中汲取營養和知識，學習一年后便作為主要骨干成員完成了當時有色總公司下達的“TH-S人造金剛石多晶體的研制”課題，其主要技術指標達到國內領先水平。從研究生班畢業一年后，他被任命為多晶體研究課題組組長，并于1987年承擔了“鉆井用金剛石三角聚晶的研制課題”。經過四年堅持不懈的研究和探索，解決了多年來國內三角聚晶的質量始終不能穩定在一個較高水平的重大技術難題，從而在三角聚晶產品的工業化方面取得了突破性進展。該課題成果被認為在耐磨性、耐熱性等主要技術性能指標上均達到國際同類產品的先進水平，在國內首次與美國進口的三角聚晶聯合使用制作石油鉆頭獲得成功，并延續至今，1992年獲得有色總公司科技進步二等獎。自此，呂智的超硬材料思維開始爆發性地擴散，新的學術和觀點不斷涌現，解決了很多行業難題，并一直站在行業技術前沿。

1988年，呂智提出了D-D鍵和D-M-D鍵的狀況是影響PCD材料性能的關鍵，這個觀點被同行專家接受，并作為當時提出的發展我國超硬材料戰略思想的組成部分，有效指導了科研和生產；同年，呂智又提出了金剛石力度的合理組成和粒度細化有利于PCD材料耐磨性提高的觀點和工藝方法，被國內許多廠家所采用，至今仍是國內PCD材料生產的主導方法。

1992年呂智首次提出了PCD材料存在自銳性，并指出自銳性差是國內PCD材料與國外同類產品性能產生差異的根本原因。這個觀點不管是從認識到實踐，均是國內PCD材料研究的重大成果，行業專家由此認為提高自銳性是中國PCD材料今后研究的主攻方向；1995年他又首次在國內提出PCBN材料可加工性差是制約該產品未能大批量進入國際市場的關鍵因素，認為提高PCBN材料的可加工性是該研究領域下一步的主攻方向，并于1996年作為 “第三代PCBN材料的研究與開發”項目負責人開始主攻研究。經過三年努力，該項目順利通過廣西區科委鑒定，認為新采取的工藝為國內首創，是國內PCBN研究和生產的重大技術突破，其主要技術指標達到國際先進水平。

呂智與中科院院士鄒廣田等在桂林礦地院陳列館合影

20世紀末，我國超硬材料行業已經有了相當規模的發展和進步，但是，制品還相當落后，只能出口大量的DIY低檔鋸片，高檔超硬材料制品還需要大量進口。呂智通過不斷研究和實踐以及對行業獨有的精準判斷，果斷提出，中國人有能力并且今后必須走高檔超硬材料制品之路。他強調，國人須注重超硬材料的基礎應用研究，不斷通過技術創新，研制出屬于中國人自己的高檔超硬材料工具，并逐步占領國際市場。呂智在2003年時指出，中國合成金剛石的產量居全球第一，是毫無爭議的材料大國，卻不是強國。要解決這一問題，“必須從提高金剛石的品質和尋求利用國產金剛石制作高檔制品兩方面著手。對金剛石制品的發展，由于不存在太多難以逾越的系統障礙，它與國際先進水平的差距完全可以通過設計思路的更新和工藝技術的進步來縮小甚至消除。”

此時的呂智已經從一個普通的技術人員逐步走上了管理崗位，先后任實驗廠多晶體研究課題組組長、實驗廠廠長、超硬材料研究所所長，桂林礦地院副院長，至2000年2月，他開始擔任院長一職，并兼任國家特種礦物材料工程技術研究中心主任。

職位越高，思維越開闊，看問題的角度就越不同。呂智果斷地改變了桂林礦地院原有的金剛石原材料研究方向，進而開始專攻金剛石高端制品的應用研究和產品開發以及復合材料研究，并朝著最終工程化、產業化的目標邁出了一大步。此后，立方氮化硼復合片、玻璃加工用金剛石磨邊輪、激光焊接工程鉆頭和串珠繩等一系列明星產品開始如雨后春筍般出現、成長，不斷填補國內空白。2004年，呂智指出，由于金剛石繩鋸在結構上具有剛柔相濟優異功能，加工方式上具有節能環保的優勢，其應用范圍會越來越大，因此繩鋸技術具有光明的發展前景，他明確提出中國的繩鋸技術完全可以進行國內外兩個市場的開發，其他超硬材料制品未來的發展亦是如此。最終，我國的高端超硬材料制品大步邁向國際市場，部分產品的技術水平，更是超越了國際先進，逐步占領了國際高端超硬材料制品市場。

桂林礦地院超硬材料制品研發工作的蓬勃發展，也在一定程度上推動了全國超硬材料及制品的研發工作，形成了較大規模的學術群體和研發隊伍。此時，一批國家重點實驗室、國家工程技術研究中心、國家級企業技術中心、產業化示范基地和省部級的重點實驗室及工程技術研究中心應運而生。各研究機構各具技術特色優勢，但由于各單位隸屬主管部門行業不同，行業之間交叉學術活動還不夠活躍，沒有形成集群優勢，不利于行業的整體技術提升和協調快速發展。2011年，對中國超硬材料行業極具前瞻性的桂林礦地院主動牽頭，聯合吉林大學、華僑大學以及在超硬材料領域具有影響力的單位共同發起在中國材料研究學會內成立超硬材料及制品專業委員會，得到國家民政部、中國科協的批準，于2011年5月正式成立。分會團結、凝聚了一批超硬材料及制品領域的優秀人才，提供了一個中國材料界交流、合作、發展的平臺，為促進超硬材料行業的學術發展和技術進步，盡快形成我國產業特色鮮明、創新能力持續、規模效益顯著的超硬材料產業群，推動我國由超硬材料及制品大國向強國的轉變做出積極貢獻。

信心觸及希望

人造金剛石作為20世紀60年代興起的新興材料，目前，在地質勘探、電子信息和航天工業等領域應用廣泛，并被看作科技實力的一個標志，被發達國家列為重要戰略物資。

20世紀90年代，中國已成為世界上中低檔金剛石工具的生產大國。然而，大而不精，國內的金剛石工具普遍存在壽命短或效率低、產品質量不穩定、安全性較差等問題，而高檔金剛石工具的生產和市場均由歐美等發達國家獨霸。

懷著一顆愛國心和對中國金剛石工具發展趨勢的判斷，呂智開始思考中國是否能做高端的金剛石工具。他廣泛收集超硬材料行業的信息和材料，并認真分析國內的金剛石工具行業和自己單位的實際情況，他認為，中國研制高端金剛石工具勢在必行，而桂林礦地院具備做高端技術的一些基礎條件。他毅然決定放棄人造金剛石單晶的研究和生產，集中精力投入市場急需的高檔金剛石制品的研究開發。

然而，對于是否能做高端金剛石工具，業內甚至桂林礦地院內很多人持不同意見。但堅定想法的呂智反復向眾人講述發展高性能金剛石工具的必要性，大力支持和完善了以章植兼專家提出的以“吃入深度”為各類參數的關聯點，并以此構建了金剛石孕鑲工具設計及性能評價的數學模型，同時明確提出要抓住“最佳切削深度”和“金剛石最佳出刃值”兩個關鍵點進行產品新型胎體配方和金剛石工具胎體隱形結構設計的技術思路。通過與其團隊不斷地深入交流，最終達成一致理念，原先很多抱否定態度的員工也開始理解他的決定。桂林礦地院對高性能金剛石工具的研究在他的堅持下終于邁出了第一步。

緊接著，他們選擇了繩鋸、鋸片、鉆頭、砂輪為主要研發產品，但并非一帆風順：國外先進技術無法借鑒，研制工具的工作效率無法提升，壽命與效率不同步……一系列問題接踵而至。項目研究很快進入低迷時期，大家的思想也開始有所動搖，質疑與不解再次彌漫，甚至有人懷疑整個技術路線是錯的。

通過對研發工作進行系統總結，對行業將來的發展趨勢做更加詳細的分析研究，呂智依然充滿信心，意志更加堅定。他對高性能金剛石工具研究工作的重要意義進行了深刻剖析，并以對中國金剛石工具發展的高度責任感和有說服力的分析不斷激發研究團隊的研究熱情，他還憑借自己扎實的專業知識，對研究工作的思路、重心，研究方向做出明朗安排，為研究團隊指明了前進方向。

至2004年，呂智主持完成了“建筑行業高性能新型金剛石工具的開發及應用”項目的研究工作。項目建立求取“吃入深度”數學模型，構建了人造金剛石孕鑲工具性能預測鑒定評價體系，克服了行業內一貫憑經驗進行工具設計的盲目性和由此帶來的金剛石工具性能的不穩定性，為精確設計高品質金剛石工具提供理論依據，提高工具設計的科學性；一系列核心創新技術不斷涌現，不僅解決了阻礙行業技術進步的工具鋒利度差、效率低、磨損不均等一系列技術難題，更有效解決了金剛石工具效率與壽命這一長期困擾行業的關鍵技術問題；而應用基礎理論指導金剛石工具設計研究的方法跳出了傳統“憑經驗”設計的束縛，用國產金剛石制作出高檔金剛石工具，為行業技術創新、技術進步起到了廣泛的示范和指導作用。由此開發出的高檔金剛石玻璃磨邊輪制造技術，其產品利用國產金剛石達70%，綜合性價比已超越國際同類產品水平，充分證明了當初呂智堅持用國產金剛石原材料生產高端工具的技術思路是正確的。該項目先后于2005年獲得中國有色金屬工業協會科學技術一等獎、2007年獲得廣西科學技術進步一等獎，被專家組一致認為“取得了具有自主知識產權的創新成果，整體水平處于國內領先、國際先進”。項目的成功有力地推動了行業的技術進步，實質性地推動我國從金剛石生產大國走向強國的進程，提高了我國高檔金剛石工具在國際上的地位。呂智以其對產業發展的前瞻性與堅定的信心，使中國高性能金剛石工具走入了一個新的歷史軌道。

另一方面，呂智還作為項目負責人承擔了國家級專項基金項目“大直徑立方氮化硼復合材料的研發”，項目進行了大量系統、細致的工藝試驗研究，確定了影響PCBN工藝水平和工藝穩定性的主要因素，大大提高了PCBN的成品率，有效降低了生產成本。此項研究將極大推動國產材料全面取代進口產品，并大規模進入國際市場。呂智直言，中國的立方氮化硼復合片最終將成為全世界最好的產品。

這是一位金剛石從業者的肺腑之言，對行業的至誠與信心溢于言表。

行動成就發展

呂智是一個收獲頗豐的專家。翻開他的材料，各種榮譽分外耀眼：1995年被評為“桂林市第二批專業技術拔尖人才”；1997年被批準為中國有色金屬工業總公司跨世紀學術和技術帶頭人；2000年榮獲享受國務院政府特殊津貼；2006年獲“廣西壯族自治區優秀專家”稱號；2010年獲“全國優秀科技工作者”稱號；2012年受聘為廣西壯族自治區政府參事；2014年榮獲中國金剛石誕生50周年“突出貢獻專家”稱號。他現兼任中國材料研究學會超硬材料及制品專業委員會主任委員、中國有色金屬學會常務理事、廣西有色金屬學會會長，四川大學、中南大學兼職教授等。他先后主持或參加完成了30多項有關人造金剛石材料，立方氮化硼多晶復合材料、金剛石石材加工工具、寶玉石加工用電鍍金剛石工具等方面的技術研究開發項目，取得了多個具有自主知識產權的創新成果。獲省部級成果獎12項，其中科技進步一等獎兩項、二等獎5項。編寫出版《廣西金屬礦產資源綜合利用與礦業可持續發展》和《超硬材料工具設計和制造》專著兩部。在全國性學術會議和公開學術刊物上發表論文40多篇。其科技成果經推廣和產業化，所形成的產業鏈達100余億元，取得了顯著的經濟效益和社會效益，為超硬材料及制品的產業化做出了突出貢獻。他所領導的桂林礦地院，在超硬材料及制品行業一直處于領頭羊的地位，行業影響力亦攀至頂峰。

是什么成就了他？

筆者從舊報上看到這樣一個小故事：1990年，桂林礦地院接受一家中美合資企業的委托，研制石油鉆頭用的金剛石三角聚晶，項目要求三年完成。因為沒有現成的方案，沒有專項投入，所有的實驗數據都要自己一遍遍嘗試。為了更好地搶占市場，在時任課題組長呂智的帶領下，課題小組每天工作十四五個小時，一般需要兩到三天的一個實驗周期，他們壓縮為一天一個周期，經過三百多次不分晝夜的努力，終于在一年內順利完成研制工作，產品經合資公司送其美國總部檢測，部分性能比國際上最先進的產品還好，令美國專家不斷豎起大拇指。實驗成功后，中美合資企業非常滿意，以致把產品的售價主動往上提，并連連說，中國人真了不起！

三年壓縮成一年！隨后立方氮化硼復合片、激光焊接金剛石工具、金剛石繩鋸、金剛石磨輪等近20種擁有自主知識產權、填補國內空白并達國際先進水平的超硬材料新產品的研發，無不體現著這種“立即行動”的精神。正是這種“立即行動”并為之全力付出的姿態，成就了一個項目組長成長為單位領導人的發展，成就了一個單位從高峰到極致的發展，成就了我國超硬材料制品從低端到高端、從國內到世界的發展！

而僅僅研制出優質產品，不是呂智的終極目標，產品的工程化和產業化，讓國人都能用上自己研制的高端超硬材料制品，讓中國的超硬材料制品走向全世界進而占領國際市場才是最終的勝利。

呂智有句名言：“科技產業不等于科技產業化。”1999年桂林礦地院轉制后，他堅持認為，科研院所轉制為企業后，優勢依然是科技力量，要在激烈的市場競爭中獲得生存和發展，就應做自己擅長、又能發揮自身優勢的事，即應把發展的重點放在科技成果的工程化和產業化上。

2000年，為發揮在新材料研發方面的優勢，桂林礦地院組建了當時廣西唯一的國家工程技術研究中心——國家特種礦物材料工程技術中心。中心以市場為導向，以實現成果產業化做大做強為目標，積極開展新材料應用技術的研發和產品創新、技術創新。同時，通過優勢比較，把特種礦物新材料產業作為核心產業培育，成立桂林特邦新材料有限公司，突出重點發展，以打造企業品牌，并按照產業公司化模式，建成了年產能力近億元的多條生產線。

目前，桂林特邦新材料有限公司已成為全球生產人造金剛石及其深加工產品的后起之秀，建成了廠房面積近兩萬平方米年產60萬米的繩鋸生產線兩條，同時具備鋸片10萬片，鉆頭10萬支的生產能力。近三年實現新增銷售收入23714萬元，新增利稅6360萬元，創匯1347．57萬美元。特邦牌金剛石繩鋸于2010年、2014年連續獲“廣西名牌產品”稱號。產品遠銷歐美、澳大利亞、韓國、香港、中國臺灣等20多個國家和地區。而其明星產品金剛石磨輪，更是打破了此類產品曾被外企獨霸天下的局面，為中國從人造金剛石生產大國邁向超硬材料及制品生產強國做出了重大貢獻。2012年，新的金剛石磨邊輪專利產品采用創新的等形磨耗、頻振式加工技術，解決了行業久未解決的難題，給玻璃加工機械的性能提高提供了極大的空間，有力推動了我國玻璃加工行業的進步。

繩鋸是個很典型的例子。在7、8年以前國內使用的基本上都是進口繩鋸。特別是在石材切割、異型石材加工、大理石開采用的繩鋸需要全進口。在呂智領導下的桂林礦地院團隊將金剛石串珠繩鋸技術進行全面推廣后，全國范圍內形成至少兩家年產值達約5000萬元的繩鋸及相關設備生產廠家，使我國金剛石繩鋸市場已由90%以上依靠進口變為90%以上國產化，并實現批量出口，經濟、社會效益顯著。同時繩鋸技術的推廣也引發了我國石材礦山開采的一場技術革命，改變了過去傳統的打眼放炮，火焰切割的落后狀況，實現了石材礦山開采的現代化。

“目前，國內金剛石線鋸制造技術與德國、日本等發達國家相比仍有很大差距，主要是產品質量不穩定，還不能用于多晶硅薄片切割，且切割產品有劃痕產生。”不斷優化和研發超硬材料高端制品，成了呂智孜孜不斷的追求。

“我國超硬材料制品企業完全有能力自主創新研制和發展高檔超硬材料制品，從而逐步取代進口產品，實現精密高檔產品的國產化。目前應重點推進金剛石線鋸、PCD和PCBN刀鋸、金剛石繩鋸、激光焊接、薄壁金剛石鉆頭、PDC石油和地質鉆頭等特色及市場潛力巨大的制品向高端方向發展。國內超硬材料制品行業應抓住機遇，開拓創新，加速我國超硬材料制品產業全面進入世界先進行列的步伐，不懈努力推動我國由超硬材料制品生產大國向強國邁進。”呂智如是說。從下決心開始高端制品的研發到現在，十幾年來，呂智的超硬材料制品強國夢從來沒有中斷過。對于未來，他的信心更加堅定：“十年以后，超硬材料高端制品的研發和生產，將成為國人的天下”。

呂智到桂林礦地院晶體實驗室考察