超硬材料，顾名思义就是硬度极高的一些材料。人类*早知道的这类材料就是金刚石，或是通常所说的钻石。从地下采掘出来的叫天然金刚石，多是单晶结构，晶体越大经济价值就越高，其重量以克拉为单位（1克拉=0 . 2克），主要是用在饰品上，如钻戒、钻项链等。颗粒较细的，在工业上可用来做成刀具，切削有色金属；或是作为一种磨料，制成各种磨具。
人工合成的钻石，称为人造金刚石。国内*早知道这一信息的时间，可以追溯到上个世纪的五十年代后期。当时不少单位都知道钻石可以人工合成，但都因为缺少高压设备而未能付诸实施。1963年由通用机械研究所、磨料磨具磨削研究所和地质科学研究院合作研制成功我国**颗人造金刚石。1966年，铸造锻压机械研究所在磨料磨具磨削研究所的密切配合下，试制成功六面顶合成压机，为我国人造金刚石的中间试验和工业化生产创造了条件，开创了我国人造金刚石工业的先河。至今正好是五十个年头。
成都工具研究所开始涉及超硬材料制品较晚，这同当时的大环境和工具所的具体情况密切相关。所内搞工艺的人员，长期无法开展工作，主要是缺少设备条件，只能同各工具厂合作。工具厂如果具备条件，问题还好办些，如果搞些新的项目要求厂方投资、添置设备，在没看到效益或前景的条件下，工厂也是不愿冒风险的。另外，一些认识问题也影响着工具所的发展，即工具研究所是仅仅为工具行业服务，还是要服务于全国的机械加工行业；是以刀具的结构、设计为主，还是要兼顾全面。于是在六十年代中期，硬质合金、陶瓷等实验室相继建立。一些技术人员，也从原来搞工艺转向了材料研究。
当时介入这一领域的，只有两名技术人员，我和另一名技术人员冯世光。后者参与了由四川省科委牵头组织的立方氮化硼协作组，进一步收集有关资料，而我则利用外语较好的条件，对外国的资料进行了浏览。通过查看国外的资料（如美国的 R. H. Wentorf， F. P. Bundy，苏联的Л。 Ф。 Верещагин， Н。 Е。 Филоненко 等人的专利和文章），发现继人造金刚石之后出现的立方氮化硼，是一种很有潜力的新型刀具材料。于是从1973年就开始组建立方氮化硼实验室。建立实验室耗时两年，于1975年完成。
在建立实验室的过程中，我们主要进行了下列工作：进一步收集资料，了解六方氮化硼转化成立方结构的实践，合成出来的立方氮化硼单晶的进一步烧结（即当时所说的聚晶）以及变为多晶体后的情况。由于我们没有条件，又缺少这方面的感性认识，于是在1974年我就到处于贵阳郊区的第六砂轮厂进行了考察和学习，并由六砂提供100个多晶立方氮化硼烧结体，由我们做成车刀并进行初步的切削试验。主要目的是想认识一下把立方氮化硼作为切削刀具材料的可能性、前景以及存在的问题，从而明确今后应走的道路。作为这段工作的结果，我们写出了《立方氮化硼车刀应用范围的初步探索》一文。我记得在离开六砂的时候，我就同六砂的合作伙伴李钟歧说过，要想把立方氮化硼作为刀具材料，必须走与硬质合金复合烧结的道路。时间应该是1974年，更为重要的是这一判断是在我们亲自实践后提出来的，并不是来源于国外的资料。
七十年代中期是我国大环境比较乱的一段时间。作为科技人员，还要参加一些政治活动，因此课题工作时断时续，进度不是很快。1975年提出的课题超硬复合刀片的研制，直到1978年才能正式开展工作。应该说这与国家整个政策的改变不无关系。
在超硬复合刀片的研制课题（部控课题）正式开始之前，工具所还完成了一项省科委项目：立方氮化硼及其多晶烧结体，时间跨度应该是1973-1978年。该项目获得了1978年全国科技大会奖和四川省革命委员会科技成果二等奖，1985、1989年又以立方氮化硼聚晶机理及应用的名称分别上报，获四川省人民政府科技进步二等奖 和国家科技进步三等奖，我是该课题的参加者。
超硬复合刀片的研制课题，提出的时间是1975年，而成为部控课题的时间是1978年（起止时间是1978年4月――1980年12月）。这个课题的主要研究内容是：人造金刚石与硬质合金、立方氮化硼与硬质合金的复合烧结机理；温压参数及组装方法的影响；复合烧结体做成刀具后的切削试验。人造金刚石与硬质合金的复合烧结体，牌号定为FJ；立方氮化硼与硬质合金的复合烧结体，牌号定为FD.课题完成后，写出了《超硬材料与硬质合金复合材料的高压烧结机理的研究》，并在中国科学院物理学会组织的第二届全国高压物理学术讨论会上宣读，纳入了论文集（第二届全国高压学术讨论会缩编文集第21页，2.10）。 所技术委员会对该课题的评价是：在国内首次研制成功立方氮化硼与硬质合金的复合烧结体，填补了国内空白；工艺上有突破。课题于1982年获得了成都市重大科技成果二等奖，机械工业部三等奖。
超硬复合刀片的研制课题，从1978年4月开始至1980年12月完成，历时两年多。 此后，从1981年开始了超硬复合刀片的中间试验课题（部控课题），中心任务是在前一个课题所取得成果的基础上，进一步解决FJ人造金刚石与硬质合金和FD立方氮化硼与硬质合金烧结体向批量生产过渡的问题，包括设计适合这种新型材料的车刀结构，完善工艺规程，稳定产品质量等内容。值得一提的是，在进行这一课题时，我们采取了边研究、边试验、边宣传、边推广、边生产的做法，目的是为了进一步扩大产品的适用范围，保证生产出的刀具能有稳定的市场。因此参加了多次的全国性宣传推广会议，在宣传立方氮化硼刀具性能的同时，也了解了很多用户的需求，为下一步的生产找到了方向。由于这种几条腿走路的方法，在进行本课题的过程中，为工具研究所创造了近20万的产值，解决了工人们的奖金问题。
超硬复合刀片的中间试验课题中的产品，FJ复合人造金刚石和FD复合立方氮化硼系列刀具，获得了国家经济委员会颁发的优秀新产品证书和金龙奖牌。本课题所用的时间是1981-1986年，其中中断了两年，原因是另外购买六面顶压机（购买原因不在此叙述）。当时机床局的领导，虽然非常支持，曾令人专门给青海一机床打电话，但遗憾的是到该厂以后，才知道厂方已经停产这种设备。无奈之下，只好另辟途径。*后还是通过熟人关系，在四川省找到了一台旧的六面顶。这样，才总算能把课题进行下去。
在进行超硬复合刀片的研制课题的同时，还插入了另外几项课题：复合立方氮化硼制品车刀、铣刀、镗刀， 复合人造金刚石制品―钻头、车刀、镗刀两项部控课题。这两个项目，只完成了复合立方氮化硼立铣刀的设计、制造与试验，其它内容由于当时条件限制未能完成。
除了上述课题外，还插入了两项七五攻关课题：喷涂焊耐磨零件的精密机械加工工艺的研究和杂质泵过流部件的精密机械加工工艺的研究。前一个项目，由于工具研究所参加了全国热喷涂协作组，是其成员，主要是负责解决涂层的后加工问题，所以同不少厂家进行了合作，下面举几个具体例子介绍。
1.1982年10月，在博山水泵厂开始了早期的用FD刀具对喷焊层（G112合金粉末）的车削试验。结果表明，加工质量完全符合要求，加工时间仅为0.5小时，而原来用磨削则需48小时（6个班）。
2. 1983年初，我们又在上海工业展览会刀具馆，用FD刀具对喷涂焊层进行了车削表演，同样收到了很好的效果。
3. 1983年4月，天津市举办了科技交易交流会，简称双交会。我们参加的是热喷涂材料的技术攻关项目。热喷涂技术是在零件表面上喷一层高硬度材料，以便提高零件的耐磨性和耐腐蚀性的工艺方法。 我们加工的对象是经过喷涂的计量泵柱塞，使用FD 刀具在车床上直接将外圆车到产品尺寸。试验结果表明，用了十分钟就加工完了，而且表面光洁度达到▽7. 而以前用磨的方法加工时，磨一根柱塞至少需要8小时（达到▽7）。加工成本由原来的24元降到了1元5角。这使得许多搞了几十年切削工艺的老工人，赞不绝口。会后，集体接受了当时的天津市市长李瑞环的接见，并在1983年4月10日的天津日报上，进行了宣传报道。
4. 1986年11月，有一项由国家经委下达给水利电力部、水利电力部又将项目下达给北京水利电力设计院的科研项目。协作单位是四川灌县映秀湾水电站。喷焊由电站进行，后加工问题曾请北京市工具研究所、自贡764厂、成都420厂去现场商谈，但均未敢承接。后来将加工任务委托给航空工业部611所，该所同我们有过合作，知道复合立方氮化硼刀具对这种材料有明显的效果，所以就同工具研究所合作，使用FD复合立方氮化硼刀具在一个月内完成了加工任务，质量（精度和表面粗造度）均达到要求，并对把立方氮化硼刀具用于粗车提出了要求和建议。由于工件较大，需要大尺寸的FD复合立方氮化硼刀片以提高加工效率。
除了实际的应用以外，在这段时间内还发表了几篇文章：1980年6月，在《工具技术》上发表了用立方氮化硼车刀加工喷涂喷焊材料的初步试验，这是关于这方面的*早报道，先于美国GE公司；1982年4月，在《新工艺新技术》上发表了超硬刀具及其应用，其中把喷涂焊层的加工，列入了CBN刀具的应用范围；1986年6月，在《机械工人》（冷加工）上，介绍了热喷涂喷焊层的车削，作为一项成熟经验加以推广。
关于这段时间所参加的各种会议以及下厂亲自推广的次数和内容较多，不能按时间前后一一叙述。总体来说，通过这一阶段的推广试验，基本上搞清了FJ复合人造金刚石和FD复合立方氮化硼系列刀具的适用范围，除了前面介绍的热喷涂焊材料外，还包括铜（电机整流子）、机械用碳、玻璃钢、各种有色金属、新型复合材料、淬火钢、各种高硬度铸铁（如冷硬铸铁）以及某些金属的光加工等难加工材料。所涉及的工厂有机车车辆厂、有色金属压延厂、电机厂、仪表厂、电碳厂、汽车厂、石化厂、水泵厂、各军工系统的工厂以及有难加工问题的生产厂等等。
1984年，由机械工业部机械科学研究院牵头，成立了机械系统难加工材料切削加工技术联络网，参加单位包括了各高等学校、中央和地方的各专业研究所和各省市的机械制造厂。本想在国内难加工领域，再开展一些推广和攻关活动，使新出现的超硬刀具能够被更多的人认识和使用，为提高国内机械加工水平发挥些作用，但因为某些原因无果而终。1983年11月，收到了七机部三院某所的一封信，向我介绍了华北技术交流会上的一些情况。说用我们的FD 刀具加工淬火硬度高达HRc 62-65 的9Cr18 钢，表面粗造度达到了▽8，可以车代磨，而且耐用度好。但北京某所用另一厂生产的立方氮化硼刀具，耐用度却太低，车不完一个零件。我看了信，虽然为我们所的产品能用于生产感到高兴，但也产生了一些歉意，各为其主，身不由己。1986年，在一份宁夏回族自治区职工技术协作委员会文件（宁工技字[1986]第四号）上，有这样一段介绍：成都工具研究所表演的复合立方氮化硼车刀，可以切削各种淬火钢（HRc 60-67），耐磨铸铁，喷涂材料，特殊合金和有色金属的光加工（▽7-▽10）。当场表演的车削淬火钢和硬质合金，使代表们看得目瞪口呆。有些代表说：这种刀可以车削硬质合金，过去别说看过，就是听也没听说过，真不可想象，简直神了……。这应该能说明推广普及的意义吧？
下面介绍几个比较突出的、前无古人的例子，来说明超硬刀具、尤其是FD复合立方氮化硼刀具对国内机械行业的贡献。
（1）1987年3月，兰州石油化工机械工业公司一分厂，不停机对100，000千瓦发电机组的付励磁机滑环修复（因日久磨损，径向跳动太大），获得了成功。机组转速为3，000 转/分，滑环直径为200毫米，因此使切削速度达到了1885米/分，走刀量为0.11-0.23毫米/转。其它刀具上去就烧了，根本无法使用。该厂一位长期搞机械加工的人员说，他还从未见过用这么高的切削速度去加工A3材料，这使他对FD立方氮化硼刀具有了新的认识。应该说，不停机修复就是一项创新，而使用近2000米/分切削速度去加工A3，不知是否也创造了吉尼斯世界纪录。
（2）人造卫星的防护罩，是用专门的复合材料制作的，既抗高温又耐撞击，加工起来很困难。因为工件尺寸很大，对工件的尺寸精度和几何精度又非常高，在使用原先的刀具加工时，由于刀具耐磨性不够，只能通过调整机床来弥补。这当然是一种权宜之计。在改用复合人造金刚石刀具（FJ刀具）来加工以后，由于刀具具有足够的耐磨性，因而使工件产生了倒锥度，即不需要用调整机床的方法来迁就刀具的磨损，而且切削速度也得到了提高，提高了生产率。这类材料的试验，虽然是在航天工业部门进行的，但这类材料在其它制造业中，也有广泛的应用，因此应该说这一实验具有普遍意义。
（3）航天工业中的纯镍零件的机械加工问题，一直是个头痛的问题。原来的加工方法，条件极差，由于刀具迅速磨损而使加工时的噪音高达上百分贝，工人们必须在密闭的房间内带上耳塞工作，且加工质量很不理想，不易保证，但无人去研究解决。我们根据立方氮化硼具有极好的稳定性的特点，认为在切削某些特殊材料时，应该有明显的效果。试验结果证明了上述判断是正确的。在使用了FD系列复合立方氮化硼刀具加工后，不仅无噪音，而且大大提高了零件的表面质量。这次表演是在众多的高校教授们亲自观看下完成的，得到了他们和厂方的肯定。后来航天系统自己为此召开了鉴定会。
（4）为了了解立方氮化硼的稳定性，我们做了一些试验。这种试验可能是单纯搞冷加工的技术人员不会感兴趣的。在实验和实践的基础上，我们提出了切削加工是一种特殊形式的微区热加工的观点。意图在于应该结束传统学科中冷热分家的局面（学校、工厂、甚至一些管理机构中历来冷、热加工都是分家的）。用冷、热统一了的切削观点去观察切削过程，可以克服传统的切削原理中的许多纯数学化、不能指导实际加工的缺点。利用这一观点，对解决刀具的磨损机理以及在不同场合选用何种刀具，有着非常重要的指导意义。当然，一种新的观点或理论的出现，总是有的人赞成，有的人反对。历史上这方面的例子很多。其实，问题的根源是现代科学的学科越分越细所带来的副作用。分学科的目的，应该是为了使科学实验的范围变小、尽量减少实验中的变数，以便更容易找出事物的客观规律。但过分地强调学科，会使人的思维受到束缚，不利于对事物整体的思考与认识。上述对纯镍零件加工问题的解决，就是建立在这一理论基础上的。这一观点，或是说金属切削加工是一种特殊形式的微区热加工，曾征求过母校热加工专业的雷廷权教授和冷加工专业的袁哲俊教授（曾在1957-1961年间兼任过工具研究所的副所长）的意见，得到了他们的肯定。在看过我们对纯镍的加工表演后，我曾向袁哲俊教授提出建议（当时旁边还有许多其他高校的代表和老师），内容是建议母校在冷加工专业的课程中，多加一点热加工的课程，使学生们的思想能更开阔一些。他当时表示说，我们可以合作来带研究生。在1985年第三期的《金属科学与工艺》杂志上，我们发表了这项试验的全部资料，题目是：切削镍时刀具扩散磨损的研究―相图在金属切削中的应用。
1987年，美国通用电气公司超级磨料部代表团，到工具研究所访问。来访成员有美国总部的，大部分是设在日本东京的办事处的成员。我们在会上进行了交流，后来双方又用自己的刀具进行了切削表演，被加工试件为冷硬铸铁轧辊。这次对比试验是由专门人员进行的，对切削条件、刀具磨损和加工表面粗造度等都有记录。结果表明，我们的FD复合立方氮化硼刀具耐用度不逊于美国GE公司的，而加工表面质量还略优于外国的。
这次活动以后，又经过了一段时间，所内成立了一个办公室与美国GE公司合作。在与美国GE公司合作的这段时间，参加了不少次会议，为美国产品在中国打开市场作出了努力。另外，还为他们翻译了一套产品宣传资料：COMPAX复合人造金刚石刀坯和BZN立方氮化硼复合片。
1988年12月，我们应约到美国访问，时间不长。看了看在俄亥俄州本部的生产、设备等情况。给我的印象是规模不算大，同我们国内的差不多（也可能有些地方没给我看）。当时正赶上圣诞节，有幸参加了他们的庆祝活动。在快要离开美国的时候，GE公司发给我一个证书，证书上写的是：兹证明曹振宇圆满地完成了GE公司超级磨料部机械加工研讨会（Seminar），时间是：1988年12月5-9日，签字人：E. J. Russell； T. J. Broskea； D. M. Williams.这样，我们在国内所进行的一切切削试验，便纳入了GE的范畴。离开美国后，又到日本参观了GE设在东京的机构。其中几个人就是曾到工具所访问的人员。东京的实验室不大，看来主要是为GE公司做切削试验的。
从国外回来以后，虽然还同用户保持了一段时间的联系，处理了几个合同，但基本上没有再开展什么工作。客户对超硬刀具的需求，都是由后来分配到超硬刀具实验室的技术人员寇自力完成的，直到工具所所址要迁出市区为止。
以上的介绍，基本上能反映出工具研究所在超硬材料领域，对国家所做的一点贡献。所有内容都有文字记载。我相信，以纪念中国超硬材料发展五十周年为契机，我国的超硬材料行业也一定会像军工行业一样，能够不断获得新的成就，进一步证明科学技术是**生产力，为不断提高我国机械加工的能力、发展我国的社会生产力做出自己的贡献。（本文节选自《中国超硬材料工业五十年》）
来源：中国刀具网
