用执着唤醒超硬材料高端制品的明天——记中国有色桂林矿产地质研究院院长吕智

桂林矿产地质研究院院长吕智是原中国有色金属工业总公司的跨世纪学术和技术带头人，是全国超硬材料领域权威专家之一；他为桂林矿地院做出专攻“超硬材料应用研究和制品开发”而放弃“金刚石原材料研究”的重大决策；他带领团队所研发的超硬材料制品，打破了中国只能制造低端金刚石工具的魔咒。他被称为比金刚石还硬的人。

自然界最硬的物质是金刚石，有人说他比金刚石还硬。

他是原中国有色金属工业总公司的跨世纪学术和技术带头人，也是全国超硬材料领域权威专家之一；20世纪90年代，他坚信“术业有专攻”，为桂林矿产地质研究院做出专攻“超硬材料应用研究和制品开发”而放弃“金刚石原材料研究”的重大决策；他带领团队所研发的超硬材料制品，打破了中国只能制造低端金刚石工具的魔咒，引领国内超硬材料制品行业走向一个又一个极致，部分产品甚至已完全替代进口；在他领导下的桂林矿产地质研究院由此成为国家超硬材料研究的牵头单位和技术发源地之一，是我国超硬行业权威学术机构、中国材料研究学会超硬材料及制品专业委员会的牵头单位。

他就是桂林矿产地质研究院（2011年更名为中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，以下简称“桂林矿地院”）院长吕智。

思维决定高度

1982年，吕智毕业于中南矿冶学院冶金物理化学专业，同年分配到冶金部地质研究所（现桂林矿地院）从事超硬材料研究和开发工作。

2014年9月，吕智荣获人造金刚石诞生50周年“突出贡献专家”称号。

1984年，对超硬材料从“懵懂”到“热爱”的吕智考入成都科技大学超硬材料研究生班学习，成为时任成都科技大学教授、物理系主任、后享誉全国的物理力学与高压物理学家苟清泉先生的弟子，苟先生以原子分子物理为基础对人造金刚石合成机理的深入研究所提出的创造性理论，在当时的超硬材料行业产生了巨大反响。

吕智带着工作两年来遇到的问题以及对超硬材料未知世界的热爱，不断从苟先生的理论研究中汲取营养和知识，学习一年后便作为主要骨干成员完成了当时有色总公司下达的“TH-S人造金刚石多晶体的研制”课题，其主要技术指标达到国内领先水平。从研究生班毕业一年后，他被任命为多晶体研究课题组组长，并于1987年承担了“钻井用金刚石三角聚晶的研制课题”。经过四年坚持不懈的研究和探索，解决了多年来国内三角聚晶的质量始终不能稳定在一个较高水平的重大技术难题，从而在三角聚晶产品的工业化方面取得了突破性进展。该课题成果被认为在耐磨性、耐热性等主要技术性能指标上均达到国际同类产品的先进水平，在国内首次与美国进口的三角聚晶联合使用制作石油钻头获得成功，并延续至今，1992年获得有色总公司科技进步二等奖。自此，吕智的超硬材料思维开始爆发性地扩散，新的学术和观点不断涌现，解决了很多行业难题，并一直站在行业技术前沿。

1988年，吕智提出了D-D键和D-M-D键的状况是影响PCD材料性能的关键，这个观点被同行专家接受，并作为当时提出的发展我国超硬材料战略思想的组成部分，有效指导了科研和生产；同年，吕智又提出了金刚石力度的合理组成和粒度细化有利于PCD材料耐磨性提高的观点和工艺方法，被国内许多厂家所采用，至今仍是国内PCD材料生产的主导方法。

1992年吕智首次提出了PCD材料存在自锐性，并指出自锐性差是国内PCD材料与国外同类产品性能产生差异的根本原因。这个观点不管是从认识到实践，均是国内PCD材料研究的重大成果，行业专家由此认为提高自锐性是中国PCD材料今后研究的主攻方向；1995年他又首次在国内提出PCBN材料可加工性差是制约该产品未能大批量进入国际市场的关键因素，认为提高PCBN材料的可加工性是该研究领域下一步的主攻方向，并于1996年作为 “第三代PCBN材料的研究与开发”项目负责人开始主攻研究。经过三年努力，该项目顺利通过广西区科委鉴定，认为新采取的工艺为国内首创，是国内PCBN研究和生产的重大技术突破，其主要技术指标达到国际先进水平。

吕智与中科院院士邹广田等在桂林矿地院陈列馆合影

20世纪末，我国超硬材料行业已经有了相当规模的发展和进步，但是，制品还相当落后，只能出口大量的DIY低档锯片，高档超硬材料制品还需要大量进口。吕智通过不断研究和实践以及对行业独有的精准判断，果断提出，中国人有能力并且今后必须走高档超硬材料制品之路。他强调，国人须注重超硬材料的基础应用研究，不断通过技术创新，研制出属于中国人自己的高档超硬材料工具，并逐步占领国际市场。吕智在2003年时指出，中国合成金刚石的产量居全球第一，是毫无争议的材料大国，却不是强国。要解决这一问题，“必须从提高金刚石的品质和寻求利用国产金刚石制作高档制品两方面着手。对金刚石制品的发展，由于不存在太多难以逾越的系统障碍，它与国际先进水平的差距完全可以通过设计思路的更新和工艺技术的进步来缩小甚至消除。”

此时的吕智已经从一个普通的技术人员逐步走上了管理岗位，先后任实验厂多晶体研究课题组组长、实验厂厂长、超硬材料研究所所长，桂林矿地院副院长，至2000年2月，他开始担任院长一职，并兼任国家特种矿物材料工程技术研究中心主任。

职位越高，思维越开阔，看问题的角度就越不同。吕智果断地改变了桂林矿地院原有的金刚石原材料研究方向，进而开始专攻金刚石高端制品的应用研究和产品开发以及复合材料研究，并朝着最终工程化、产业化的目标迈出了一大步。此后，立方氮化硼复合片、玻璃加工用金刚石磨边轮、激光焊接工程钻头和串珠绳等一系列明星产品开始如雨后春笋般出现、成长，不断填补国内空白。2004年，吕智指出，由于金刚石绳锯在结构上具有刚柔相济优异功能，加工方式上具有节能环保的优势，其应用范围会越来越大，因此绳锯技术具有光明的发展前景，他明确提出中国的绳锯技术完全可以进行国内外两个市场的开发，其他超硬材料制品未来的发展亦是如此。最终，我国的高端超硬材料制品大步迈向国际市场，部分产品的技术水平，更是超越了国际先进，逐步占领了国际高端超硬材料制品市场。

桂林矿地院超硬材料制品研发工作的蓬勃发展，也在一定程度上推动了全国超硬材料及制品的研发工作，形成了较大规模的学术群体和研发队伍。此时，一批国家重点实验室、国家工程技术研究中心、国家级企业技术中心、产业化示范基地和省部级的重点实验室及工程技术研究中心应运而生。各研究机构各具技术特色优势，但由于各单位隶属主管部门行业不同，行业之间交叉学术活动还不够活跃，没有形成集群优势，不利于行业的整体技术提升和协调快速发展。2011年，对中国超硬材料行业极具前瞻性的桂林矿地院主动牵头，联合吉林大学、华侨大学以及在超硬材料领域具有影响力的单位共同发起在中国材料研究学会内成立超硬材料及制品专业委员会，得到国家民政部、中国科协的批准，于2011年5月正式成立。分会团结、凝聚了一批超硬材料及制品领域的优秀人才，提供了一个中国材料界交流、合作、发展的平台，为促进超硬材料行业的学术发展和技术进步，尽快形成我国产业特色鲜明、创新能力持续、规模效益显著的超硬材料产业群，推动我国由超硬材料及制品大国向强国的转变做出积极贡献。

信心触及希望

人造金刚石作为20世纪60年代兴起的新兴材料，目前，在地质勘探、电子信息和航天工业等领域应用广泛，并被看作科技实力的一个标志，被发达国家列为重要战略物资。

20世纪90年代，中国已成为世界上中低档金刚石工具的生产大国。然而，大而不精，国内的金刚石工具普遍存在寿命短或效率低、产品质量不稳定、安全性较差等问题，而高档金刚石工具的生产和市场均由欧美等发达国家独霸。

怀着一颗爱国心和对中国金刚石工具发展趋势的判断，吕智开始思考中国是否能做高端的金刚石工具。他广泛收集超硬材料行业的信息和材料，并认真分析国内的金刚石工具行业和自己单位的实际情况，他认为，中国研制高端金刚石工具势在必行，而桂林矿地院具备做高端技术的一些基础条件。他毅然决定放弃人造金刚石单晶的研究和生产，集中精力投入市场急需的高档金刚石制品的研究开发。

然而，对于是否能做高端金刚石工具，业内甚至桂林矿地院内很多人持不同意见。但坚定想法的吕智反复向众人讲述发展高性能金刚石工具的必要性，大力支持和完善了以章植兼专家提出的以“吃入深度”为各类参数的关联点，并以此构建了金刚石孕镶工具设计及性能评价的数学模型，同时明确提出要抓住“最佳切削深度”和“金刚石最佳出刃值”两个关键点进行产品新型胎体配方和金刚石工具胎体隐形结构设计的技术思路。通过与其团队不断地深入交流，最终达成一致理念，原先很多抱否定态度的员工也开始理解他的决定。桂林矿地院对高性能金刚石工具的研究在他的坚持下终于迈出了第一步。

紧接着，他们选择了绳锯、锯片、钻头、砂轮为主要研发产品，但并非一帆风顺：国外先进技术无法借鉴，研制工具的工作效率无法提升，寿命与效率不同步……一系列问题接踵而至。项目研究很快进入低迷时期，大家的思想也开始有所动摇，质疑与不解再次弥漫，甚至有人怀疑整个技术路线是错的。

通过对研发工作进行系统总结，对行业将来的发展趋势做更加详细的分析研究，吕智依然充满信心，意志更加坚定。他对高性能金刚石工具研究工作的重要意义进行了深刻剖析，并以对中国金刚石工具发展的高度责任感和有说服力的分析不断激发研究团队的研究热情，他还凭借自己扎实的专业知识，对研究工作的思路、重心，研究方向做出明朗安排，为研究团队指明了前进方向。

至2004年，吕智主持完成了“建筑行业高性能新型金刚石工具的开发及应用”项目的研究工作。项目建立求取“吃入深度”数学模型，构建了人造金刚石孕镶工具性能预测鉴定评价体系，克服了行业内一贯凭经验进行工具设计的盲目性和由此带来的金刚石工具性能的不稳定性，为精确设计高品质金刚石工具提供理论依据，提高工具设计的科学性；一系列核心创新技术不断涌现，不仅解决了阻碍行业技术进步的工具锋利度差、效率低、磨损不均等一系列技术难题，更有效解决了金刚石工具效率与寿命这一长期困扰行业的关键技术问题；而应用基础理论指导金刚石工具设计研究的方法跳出了传统“凭经验”设计的束缚，用国产金刚石制作出高档金刚石工具，为行业技术创新、技术进步起到了广泛的示范和指导作用。由此开发出的高档金刚石玻璃磨边轮制造技术，其产品利用国产金刚石达70%，综合性价比已超越国际同类产品水平，充分证明了当初吕智坚持用国产金刚石原材料生产高端工具的技术思路是正确的。该项目先后于2005年获得中国有色金属工业协会科学技术一等奖、2007年获得广西科学技术进步一等奖，被专家组一致认为“取得了具有自主知识产权的创新成果，整体水平处于国内领先、国际先进”。项目的成功有力地推动了行业的技术进步，实质性地推动我国从金刚石生产大国走向强国的进程，提高了我国高档金刚石工具在国际上的地位。吕智以其对产业发展的前瞻性与坚定的信心，使中国高性能金刚石工具走入了一个新的历史轨道。

另一方面，吕智还作为项目负责人承担了国家级专项基金项目“大直径立方氮化硼复合材料的研发”，项目进行了大量系统、细致的工艺试验研究，确定了影响PCBN工艺水平和工艺稳定性的主要因素，大大提高了PCBN的成品率，有效降低了生产成本。此项研究将极大推动国产材料全面取代进口产品，并大规模进入国际市场。吕智直言，中国的立方氮化硼复合片最终将成为全世界最好的产品。

这是一位金刚石从业者的肺腑之言，对行业的至诚与信心溢于言表。

行动成就发展

吕智是一个收获颇丰的专家。翻开他的材料，各种荣誉分外耀眼：1995年被评为“桂林市第二批专业技术拔尖人才”；1997年被批准为中国有色金属工业总公司跨世纪学术和技术带头人；2000年荣获享受国务院政府特殊津贴；2006年获“广西壮族自治区优秀专家”称号；2010年获“全国优秀科技工作者”称号；2012年受聘为广西壮族自治区政府参事；2014年荣获中国金刚石诞生50周年“突出贡献专家”称号。他现兼任中国材料研究学会超硬材料及制品专业委员会主任委员、中国有色金属学会常务理事、广西有色金属学会会长，四川大学、中南大学兼职教授等。他先后主持或参加完成了30多项有关人造金刚石材料，立方氮化硼多晶复合材料、金刚石石材加工工具、宝玉石加工用电镀金刚石工具等方面的技术研究开发项目，取得了多个具有自主知识产权的创新成果。获省部级成果奖12项，其中科技进步一等奖两项、二等奖5项。编写出版《广西金属矿产资源综合利用与矿业可持续发展》和《超硬材料工具设计和制造》专著两部。在全国性学术会议和公开学术刊物上发表论文40多篇。其科技成果经推广和产业化，所形成的产业链达100余亿元，取得了显著的经济效益和社会效益，为超硬材料及制品的产业化做出了突出贡献。他所领导的桂林矿地院，在超硬材料及制品行业一直处于领头羊的地位，行业影响力亦攀至顶峰。

是什么成就了他？

笔者从旧报上看到这样一个小故事：1990年，桂林矿地院接受一家中美合资企业的委托，研制石油钻头用的金刚石三角聚晶，项目要求三年完成。因为没有现成的方案，没有专项投入，所有的实验数据都要自己一遍遍尝试。为了更好地抢占市场，在时任课题组长吕智的带领下，课题小组每天工作十四五个小时，一般需要两到三天的一个实验周期，他们压缩为一天一个周期，经过三百多次不分昼夜的努力，终于在一年内顺利完成研制工作，产品经合资公司送其美国总部检测，部分性能比国际上最先进的产品还好，令美国专家不断竖起大拇指。实验成功后，中美合资企业非常满意，以致把产品的售价主动往上提，并连连说，中国人真了不起！

三年压缩成一年！随后立方氮化硼复合片、激光焊接金刚石工具、金刚石绳锯、金刚石磨轮等近20种拥有自主知识产权、填补国内空白并达国际先进水平的超硬材料新产品的研发，无不体现着这种“立即行动”的精神。正是这种“立即行动”并为之全力付出的姿态，成就了一个项目组长成长为单位领导人的发展，成就了一个单位从高峰到极致的发展，成就了我国超硬材料制品从低端到高端、从国内到世界的发展！

而仅仅研制出优质产品，不是吕智的终极目标，产品的工程化和产业化，让国人都能用上自己研制的高端超硬材料制品，让中国的超硬材料制品走向全世界进而占领国际市场才是最终的胜利。

吕智有句名言：“科技产业不等于科技产业化。”1999年桂林矿地院转制后，他坚持认为，科研院所转制为企业后，优势依然是科技力量，要在激烈的市场竞争中获得生存和发展，就应做自己擅长、又能发挥自身优势的事，即应把发展的重点放在科技成果的工程化和产业化上。

2000年，为发挥在新材料研发方面的优势，桂林矿地院组建了当时广西唯一的国家工程技术研究中心——国家特种矿物材料工程技术中心。中心以市场为导向，以实现成果产业化做大做强为目标，积极开展新材料应用技术的研发和产品创新、技术创新。同时，通过优势比较，把特种矿物新材料产业作为核心产业培育，成立桂林特邦新材料有限公司，突出重点发展，以打造企业品牌，并按照产业公司化模式，建成了年产能力近亿元的多条生产线。

目前，桂林特邦新材料有限公司已成为全球生产人造金刚石及其深加工产品的后起之秀，建成了厂房面积近两万平方米年产60万米的绳锯生产线两条，同时具备锯片10万片，钻头10万支的生产能力。近三年实现新增销售收入23714万元，新增利税6360万元，创汇1347．57万美元。特邦牌金刚石绳锯于2010年、2014年连续获“广西名牌产品”称号。产品远销欧美、澳大利亚、韩国、香港、中国台湾等20多个国家和地区。而其明星产品金刚石磨轮，更是打破了此类产品曾被外企独霸天下的局面，为中国从人造金刚石生产大国迈向超硬材料及制品生产强国做出了重大贡献。2012年，新的金刚石磨边轮专利产品采用创新的等形磨耗、频振式加工技术，解决了行业久未解决的难题，给玻璃加工机械的性能提高提供了极大的空间，有力推动了我国玻璃加工行业的进步。

绳锯是个很典型的例子。在7、8年以前国内使用的基本上都是进口绳锯。特别是在石材切割、异型石材加工、大理石开采用的绳锯需要全进口。在吕智领导下的桂林矿地院团队将金刚石串珠绳锯技术进行全面推广后，全国范围内形成至少两家年产值达约5000万元的绳锯及相关设备生产厂家，使我国金刚石绳锯市场已由90%以上依靠进口变为90%以上国产化，并实现批量出口，经济、社会效益显著。同时绳锯技术的推广也引发了我国石材矿山开采的一场技术革命，改变了过去传统的打眼放炮，火焰切割的落后状况，实现了石材矿山开采的现代化。

“目前，国内金刚石线锯制造技术与德国、日本等发达国家相比仍有很大差距，主要是产品质量不稳定，还不能用于多晶硅薄片切割，且切割产品有划痕产生。”不断优化和研发超硬材料高端制品，成了吕智孜孜不断的追求。

“我国超硬材料制品企业完全有能力自主创新研制和发展高档超硬材料制品，从而逐步取代进口产品，实现精密高档产品的国产化。目前应重点推进金刚石线锯、PCD和PCBN刀锯、金刚石绳锯、激光焊接、薄壁金刚石钻头、PDC石油和地质钻头等特色及市场潜力巨大的制品向高端方向发展。国内超硬材料制品行业应抓住机遇，开拓创新，加速我国超硬材料制品产业全面进入世界先进行列的步伐，不懈努力推动我国由超硬材料制品生产大国向强国迈进。”吕智如是说。从下决心开始高端制品的研发到现在，十几年来，吕智的超硬材料制品强国梦从来没有中断过。对于未来，他的信心更加坚定：“十年以后，超硬材料高端制品的研发和生产，将成为国人的天下”。

吕智到桂林矿地院晶体实验室考察