对技术方案和工艺流程做了 重大改进和更新，使纳米聚晶金刚石得以产业化生产。 项目内容 本项目引入中科院成熟技术，利用山西省丰富的石墨资源，建成年 产万克拉纳米聚晶金刚石生产的高新技术企业。项目建成并达产 后，企业将成为国内最大的纳米聚晶金刚石生产企业。为我国芯片 太阳能光伏机床刀具等产业的发展奠定基础。 项目产品特点及应用领域 项目产品特点 本项目生产的纳米聚晶金刚石，具有独特的类球状形貌，各向同性， 无解理面。它既具有超常的硬度，又有纳米材料的高强度和高韧性。作 为超精细加工的磨料，它不易划伤工件表面，能满足最苛刻的加工要求。 在磨削过程中，随着纳米晶粒适时自动剥落，不断出现新的锋利的微观 刃口，这种性质被称为自锐性。自锐性使得磨削效率高工件表面 的平整度高损伤层浅，最适合应用于高档硅片的研磨和抛光。在高新 技术产业和传统支柱产业中均有重要应用。 项目产品应用领域 纳米聚晶金刚石广泛应用于集成电路硅片碳化硅晶片太阳能光 伏电池硅片以及磁头等产业制品的超精细加工中。 在集成电路硅片领域，纳米聚晶金刚石微粉用作研磨材料可实 现大尺寸集成电路的硅圆片表面的超精细加工。 在太阳能光伏电池方面，降低损伤层厚度是提高太阳能光伏电池光电转化率的最关键，也是最难解决的问题。采用纳米聚晶金刚石加 工硅片，可以降低其表面损伤层厚度，光电转化率则可跨上个台阶。 在硬盘存储方面，随着存储密度的提高，巨磁阻磁头的平整度 要求达到，甚至小于。这种由多层硬度迥异材料构成的元 件，要求达到如此高的平整度，其超精细加工的难度是当今最高的。采 用类球状纳米聚晶金刚石加工的表面平整度基本达到了的要 求。 在切削道具方面，金刚石以其高硬度高耐磨性高传热而成 为理想的切削刀具，具有高精高效长寿低耗等优点，适用于有色 金属材料高速精密和自动化加工，能以车铣代磨，目前已在汽车航 天航空精密机械家电木材等行业得到广泛应用。 此外纳米金刚石还在众多工业领域得到应用。 投资必要性和预期经济效益 投资必要性 制约我国集成电路硅片碳化硅晶片太阳能光伏电池硅片以及磁 头等产业的发展的最重要因素之就是超精细加工磨料纳米聚 晶金刚石的产业化生产。 而这些行业都是我国乃至世界重要的产业领域，伴随这些行业的逐 年发展，对纳米聚晶金刚石的需求必将同步上升。但是国内目前工业化 生产纳米聚晶金刚石还存在定的问题，无论是国产金刚石还是其制 品，质量均属中低档，与发达国家质量水平差别较大。国内高档金刚石 只有中非人工晶体研究院保定八达稳德金刚石公司能生产，但产量很 低，大量的靠进口。可以说，高档金刚石市场基本被进口货所垄断。 本项目生产的纳米聚晶金刚石高于进口产品品质，完全替代进口和 满足国内对高档金刚石的需求并且在扩大规模以后可以实现出口，带 动我国芯片太阳能光伏机床刀具等产业的发展可用于复合镀以提高 表面抗磨性能，降低摩擦系数，提高工效，延长工件寿命。也可用作掺 加剂提高橡胶树脂，乃至机场跑道的综合性能以及催化剂载体。非业 内人士常将爆轰法合成纳米单晶金刚石与爆炸法合成纳米聚晶金刚 石二者混淆。由于前者粒度太小仅在纳米范围，所以目前在 半导体材料切割和精加工领域尚无法应用，因此不构成对激波合成纳米 聚晶金刚石的竞争。 年代，在爆轰法合成纳米金刚石微粉的技术中出现些新专利， 其原理是不用，而是在或中混入重量比约的石墨， 其合成的金刚石聚集体的粒度约，大于上述的纳米金刚石。 但由于掺入石墨使爆压降低，因而每公斤药量的金刚石产率低于原来的 方法。由于其爆轰的作用时间仅为毫微秒量级，远低于激波合成纳米聚晶金刚石的作用时间微秒量级，其晶核之间缺乏 必要的相互成键的时间，因此其颗粒强度又低于激波法合成的纳米聚晶 金刚石。这种金刚石聚集体，在磨削过程中易于破碎成为纳米晶粒，加 工的效率低，性能缺乏优势，现未见规模化生产报道。 激波法 年，美国率先用激波法合成出聚晶金刚石微粉，随后 公司等取得了系列专利。年代公司采用环状飞片法生产时， 每次炸药重约吨，每公斤炸药产出克拉金刚石。其产品 纳米聚晶金刚石粉是国际驰名品牌。售价美元克拉，其中粒度为 的售价高达美元克拉。日本住友公司也采用的专利 生产。上述两家的年产量各为万克拉左右。用这种方法生产的金 刚石呈砾石状，需要通过球磨或气流磨做浑圆化处理。 从世纪年代初开始，中科院力学研究所开展了长达年的爆 炸合成金刚石的研究，掌握了以石墨为原料，在激波产生的超高压 万大气压高温约度下，合成纳米聚晶金刚石微 粉的技术。该技术由于击波作用的时间极其短暂，相变以瞬时大量形成 纳米尺度的晶核为主，晶核生长对于新相形成的贡献为辅。数以万计的 纳米晶通过不饱和键结合成亚微米或微米尺寸的聚晶晶粒。为此中科院 于年创建了中国笫家规模化生产的爆炸合成金刚石厂。每公斤 炸药金刚石产量约克拉，年生产能力为万克拉，产品为 型聚晶金刚石微粉，自然呈固团球状，不需整形工序。 存在的主要问题 目前国际上生产纳米聚晶金刚石的技术路线主要依照公司 的专利。存在的主要问题为炸药用量大操作笨重在般野外场地 难于实现。建厂投资大，生产周期长产率低。产品需要经过破碎和整 形才能达到超精细加工需要的粒度和形貌。产品成本高，价格昂贵。本项目技术的创新性 本项目技术是中科院专家在年建立金刚石厂产业化基础上，对激 波合成金刚石的爆炸力学和相变动力学过程做了大量深入理论分析数 值计算和实验工作，并借助计算机筛选实验参数，将每公斤炸药的产量 提高到克拉，大大提高了纳米聚晶金刚石的生产效率和生产成本， 解决了公司的专利所出现的众多问题。 本项目技术从以下几个方面进行了改进和创新 年以来，中国科学院专家对爆炸力学和相变动力学全过程 做了深入的理论分析，编制了专门的计算软件，通过大量计算和野外实 验筛选出了工艺参数的最佳组合，对技术方案和工艺流程做了重大改进 和更新。 目前军用高能炸药的爆压不足以使石墨相变，所以需通过增压技 术产生左右的压力，才能使占石墨总量的型石墨 相变。欲使型石墨相变，通常用掺金属粉办法提高压力。在 公司的专利中金属粉甚至掺到试样总重的，能转变金刚石的石 墨只剩了。即使型石墨参与了相变，每公斤炸药产出也不 足克拉。高达以上的金属需用化学方法除去，不仅增加了成本 也带来环保的沉重压力。本项目的增压装臵，可在少掺或不掺金属粉情 况下也可使型石墨相变，使每公斤炸药产出克拉以上，从而大 大降低了成本。 本项目的爆炸装臵操作方便安全。爆炸场地建设投资少。爆 炸工序周期短，可以连续作业，为规模化生产创造了条件。 用公司方法生产的纳米聚晶金刚石为砾石状，粒度在微 米量级，用于超精细加工时需经过破碎和整形两道工序才能使用见图 和表。本项目生产的金刚石微粉自然呈类球状见图，能胜任最 苛刻的硅片超精细加工要求。其粒度主要分布在亚微米量级，粒度恰与 目前半导体超精细加工要求相吻合，因而无需经过破碎和浑圆化处 理，可以直接进入分级和悬浮工序。 目录 第章项目概述 项目名称 项目背景 项目内容 项目产品特点及应用领域 项目产品特点 项目产品应用领域 投资必要性和预期经济效益 投资必要性 预期经济效益 本企业实施该项目的优势 第章技术可行性分析 国内外发展现状 本项目技术的创新性 项目承担单位在实施本项目中的优势 第章项目成熟度 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传,技术的可靠性 产品及性能 第章市场需求情况和风险分析 产品的应用前景 硅片加工应用方面 碳化硅晶片加工方面 巨磁阻磁头加工方面 切削加工方面 副产品纳米单晶金刚石的应用 纳米聚晶金刚石主要生产单位情况 国外生产情况 国内生产情况 本项目产品在国内外市场的地位 超精细加工工艺路线发展趋势给本项目产品带来的机遇 与国际产品的竞争 市场预测 第章项目投资估算及资金筹措 项目投资估算 投资规模 主要设备概算 生产占地生产人员 资金筹措方案 第章经济和社会效益分析 经济效益分析 产品成本分析 经济效益 项目盈亏平衡 社会效益 第章项目实施方案 项目开发计划 产能规划和实施的步骤 产品规划 项目实施内容 工艺流程 原辅材料来源及供应渠道 生产设备 建设周期 公用工程 第章项目安全与环保 项目的生产安全 生产安全标准火工品的使用资格审批 火工品的使用与保管 项目的环保 噪声 废液和废气 第章结论与展望 第章项目概述 项目名称 纳米聚晶金刚石安全高效生产技术 项目背景 金刚石是世界上最坚硬的物质，它有两种形态，种是单晶金刚石， 它具有无可比拟的硬度，但性脆不耐冲击另种是聚晶金刚石，其 外表呈灰黑色，被称作，天然的是种名贵的 聚晶金刚石，各向同性，质地非常致密坚韧，冲击韧性可达到单晶金刚 石的倍，工业使用价值极高。但聚晶金刚石蕴藏在地下数百公里的 岩体里，只有火山喷发时才被带出地表，并且储量少发现困难，价值 昂贵，不能满足生产的需要。 由于以半导体工业为基础的微电子产业迅速发展，自年代以来 美国公司就看到了硅片精加工中所蕴涵的巨大商机和挑战，积极开 展了静压法单晶金刚石在硅片加工应用方面的研究。但单晶金刚石沿解 理面脆断形成的锋利刃口不可避免会划伤工件表面，而硅材料的微电子 性能对表面轻度损伤又极