提起金剛石，相信大多數(shù)人的腦海里便閃爍光芒，blingbling，閃閃發(fā)光。金剛石除了具有璀璨外表，它還具有最堅(jiān)硬的特性。當(dāng)今，金剛石以其優(yōu)異的力學(xué)性能已在高端制造業(yè)如精密工具、耐磨零件、切削工具、光學(xué)元件涂層、電子產(chǎn)品配件加工、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用，成為工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的材料之一。

金剛石作為一種神秘而高貴的物質(zhì)，有著孫悟空的72變。從材料質(zhì)量上，金剛石可以從碎鉆到寶石級(jí)純凈晶透的華麗變身；從材料形態(tài)上，金剛石可以從微粉成長(zhǎng)到大晶體；換句話說，金剛石正朝著微觀和宏觀雙向發(fā)展。那么，當(dāng)金剛石形態(tài)縮小到納米級(jí)，又將會(huì)發(fā)生什么樣的質(zhì)變？

“納米”是當(dāng)前材料學(xué)非?；馃岬囊粋€(gè)詞。什么是納米？納米，nanometer，即為毫微米，是長(zhǎng)度的度量單位，國(guó)際單位制符號(hào)為nm。任何材料尺寸小到納米級(jí)別，其性質(zhì)發(fā)生將發(fā)生飛躍。由于其優(yōu)良的性能，納米材料及相關(guān)技術(shù)已越來越多地應(yīng)用到電子、光學(xué)、催化、陶瓷、磁記錄材料、納米復(fù)合材料、藥物與生物技術(shù)等領(lǐng)域。

作為納米新材料的代表，納米金剛石，具有金剛石和納米材料的雙重特性，不僅具備金剛石的超高硬度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性等特性，還具備納米材料所通有的小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等多種特性，其熱、磁、光、電特性也不同于正常粒子，從而使其在機(jī)械加工、光學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)之一。

碳相圖是合成納米金剛石的最重要的依據(jù)。如下圖所示，在高溫高壓條件下，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，需要遵守其生長(zhǎng)與成核規(guī)律。

目前合成納米金剛石的方法主要有：高溫高壓法、溶劑熱法氣相沉積法、含能粒子輻照法及爆轟法等。

其中，爆轟法是最常用的方法，與其他合成方式相比，個(gè)性顯然更鮮明，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，通常是以炸藥為前軀體的制備方法（采用TNT和RDX炸藥為原料），即在爆轟瞬間的高溫高壓條件下，利用負(fù)氧平衡炸藥在爆轟時(shí)沒有被氧化的碳原子，經(jīng)過聚集、晶化等一系列物理化學(xué)過程，形成納米尺度的碳顆粒集團(tuán)，其中包括金剛石相、石墨相和無定形碳。用氧化劑除去非金剛石的碳相，就得到納米金剛石。

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金屬基復(fù)合材料是以第二相為增強(qiáng)材料，金屬或合金為基體材料制備而成的復(fù)合材料。

特點(diǎn)：高比強(qiáng)度、高比模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定好、良好地高溫性能、耐磨性好、疲勞性能和斷裂韌度好、性能再現(xiàn)性及可加工性好、不吸潮、不老化、氣密性好。

目前，用于增強(qiáng)基復(fù)合材料的增強(qiáng)體形式主要有：顆粒體、纖維或者晶須、納米顆粒與納米管等；材料主要有金剛石、SiC、Al2O3、TiC、TiB2、BN、AlN、Si3N4、NbN、SiO2、VC、B4C、WC、ZrC、ZrB2、ZrO2、MgO、Mo2C、MoS2……

（1）能明顯提高金屬基某種所需特性的性能，如高的比強(qiáng)度、比模量、高導(dǎo)熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹性等。

（2）良好地化學(xué)穩(wěn)定性，在金屬基復(fù)合材料制備和使用過程中其組織結(jié)構(gòu)和性能不發(fā)生明顯地變化和退化，與金屬基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)。

（3）與金屬有良好地潤(rùn)濕性，通過表面處理能與金屬基體良好潤(rùn)濕、復(fù)合和分布均勻。

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鋼鐵又稱鐵碳合金，是工程技術(shù)中最重要、用量最大、應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，存在于我們生活中的各個(gè)方面，使我們的生活更具有“科技含量”，對(duì)材料專家們來說，對(duì)鋼鐵性能提升的研究是一項(xiàng)近乎“無底洞”的事業(yè)。

金剛石顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料（金剛石超級(jí)納米鋼族）集超高硬度、超高強(qiáng)度、超級(jí)耐磨、超低摩擦系數(shù)、高沖擊韌性、高導(dǎo)熱、高性價(jià)比等眾多優(yōu)點(diǎn)于一身。如果能夠通過一定的實(shí)驗(yàn)條件將納米顆粒的金剛石擴(kuò)散滲入鋼材內(nèi)部，將會(huì)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能產(chǎn)生巨大影響；如果這一科研成果能夠工業(yè)化生產(chǎn)，這必將引發(fā)戰(zhàn)略基礎(chǔ)材料、戰(zhàn)略前沿材料、高端機(jī)械裝備制造、先進(jìn)表面工程領(lǐng)域一場(chǎng)劃時(shí)代的革命性變革，中國(guó)基礎(chǔ)制造業(yè)的面貌必將為之一新，其巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益當(dāng)下還難以估量。

惠州碳之光材料科技有限公司，就是這么一家專注于提升鋼鐵材料性能的新材料企業(yè)，致力于從“納米”“復(fù)合”的組合優(yōu)勢(shì)研發(fā)世界上尚未出現(xiàn)的高性能鋼鐵材料。這項(xiàng)顛覆世界的重大原創(chuàng)性發(fā)明使中國(guó)鋼鐵基納米復(fù)合材料及其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)跑全世界。

在經(jīng)典金屬物理學(xué)中闡述的能夠以固態(tài)熱擴(kuò)散滲入鋼鐵基體內(nèi)的物質(zhì)，通常只能是原子或離子尺度的物質(zhì)不同?；葜萏贾庖再Z春德、楊樹桐、段占強(qiáng)為核心發(fā)明人的科研團(tuán)隊(duì)首次顛覆性地發(fā)現(xiàn)：在特定條件下納米金剛石粒子可以高強(qiáng)度向鋼鐵基體內(nèi)固態(tài)熱擴(kuò)散。此發(fā)現(xiàn)，不僅僅是對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)尺度和形態(tài)的擴(kuò)展，也將引發(fā)并推動(dòng)對(duì)傳統(tǒng)金屬物理擴(kuò)散理論的深入思考和研究。在不斷的深入探索和研究中，賈春德教授團(tuán)隊(duì)完成了兩項(xiàng)重大原創(chuàng)性發(fā)明。

第一，發(fā)明了用納米晶粒熱擴(kuò)散制備具有超高機(jī)械物理性能的納米金剛石顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料。這一新技術(shù)和生產(chǎn)方式制備生產(chǎn)的新材大幅度提高了現(xiàn)有鋼鐵材料的性能，同時(shí)也改變著世界鋼鐵材料研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用的格局。

第二，發(fā)明了低成本、高質(zhì)量、大批量、工業(yè)化生產(chǎn)此種鋼鐵基納米復(fù)合材料的成套技術(shù)工藝。該團(tuán)隊(duì)發(fā)明的熱擴(kuò)散法和正在研究中的冶金法工業(yè)化大批量生產(chǎn)金剛石超級(jí)納米鋼的成套工藝，世界尚未有過，是復(fù)合材料制備生產(chǎn)技術(shù)革命性的探索和變革，部分解決了納米復(fù)合材料工業(yè)化生產(chǎn)的歷史難題，是突破前沿高科技材料產(chǎn)業(yè)化瓶頸技術(shù)重要嘗試。此成套工藝技術(shù)大大降低了高科技材料的生產(chǎn)成本，為該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也使中國(guó)高性能納米鋼鐵復(fù)合材料躍居于世界之巔成為可預(yù)期的目標(biāo)。

向鋼鐵機(jī)體內(nèi)滲納米金剛石既可用于鋼鐵材料，同時(shí)也可用于鋼鐵機(jī)械零件表層、深表層金剛石納米重構(gòu)改性，來大幅度提升其機(jī)械物理性能，這也是世界從未有過的重大發(fā)明創(chuàng)造之一。

(1)納米金剛石擴(kuò)散進(jìn)入鋼鐵 基體內(nèi)微觀形貌(2)TEM下的納米金剛石形貌(3)金剛石的EDP花樣，證實(shí)擴(kuò)散進(jìn)入鋼鐵基體的是金剛石晶體而非碳和碳化物(4)擴(kuò)散層SEM微觀組織形貌：納米金剛石顆粒增強(qiáng)、連續(xù)梯度的超細(xì)晶粒組織

從宏觀角度看，這將使全球200多種鋼鐵材料中的大部分得到較大幅度的性能提升，并由此創(chuàng)造出具有超高機(jī)械物理性能、具有納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的新鋼族。同時(shí)，應(yīng)用金剛石超級(jí)納米鋼和機(jī)械零件金剛石納米重構(gòu)技術(shù)，將有助于推動(dòng)中國(guó)機(jī)械制造業(yè)整體技術(shù)水平的提升，尤其是推動(dòng)高端裝備性能的提高。

基于此，DT新材料攜手中國(guó)超硬材料網(wǎng)特邀惠州碳之光材料科技有限公司首席科學(xué)家賈春德教授于11月26-29日，第四屆國(guó)際碳材料大會(huì)金剛石論壇，與您面對(duì)面交流，深入探討《納米金剛石顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料》，帶你領(lǐng)略中國(guó)機(jī)械制造業(yè)如何領(lǐng)先世界。

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金屬納米復(fù)合材料研究院是中國(guó)高校（華南）科技成果轉(zhuǎn)化中心與原沈陽理工大學(xué)校長(zhǎng)、國(guó)家優(yōu)秀留學(xué)歸國(guó)人員、機(jī)械工程與材料科學(xué)專家賈春德教授（惠州碳之光材料科技有限公司）共建的現(xiàn)代材料科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。

歷經(jīng)十余載的努力奮斗，首次發(fā)現(xiàn)了金剛石納米粒子能以較高的強(qiáng)度向鋼鐵材料內(nèi)熱擴(kuò)散，此發(fā)現(xiàn)將金屬物理學(xué)中的熱擴(kuò)散理論從擴(kuò)散物質(zhì)為原子或離子的微觀階段推進(jìn)到納米粒子的介觀階段。此項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致了另一項(xiàng)重大原創(chuàng)性技術(shù)發(fā)明的誕生，即發(fā)明了具有超高機(jī)械物理性能的納米金剛石顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料（金剛石超級(jí)納米鋼）及其工業(yè)化批量生產(chǎn)的整套工藝技術(shù)。

該原創(chuàng)性技術(shù)發(fā)明用于鋼鐵行業(yè)，將在世界現(xiàn)有的250多種鋼鐵材料的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立由200種以上新型超級(jí)金剛石納米鋼組成的新鋼族，推動(dòng)著中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品性能、品種落后于發(fā)達(dá)國(guó)家局面的改變；該發(fā)明用于機(jī)械行業(yè)，將全面大幅度提升中國(guó)高端重大機(jī)械裝備和關(guān)鍵機(jī)械基礎(chǔ)部件的性能，為中國(guó)機(jī)械工業(yè)、國(guó)防裝備制造業(yè)提供高性能鋼鐵復(fù)合材料和先進(jìn)的工藝技術(shù)；該發(fā)明用于表面工程，可取代耐磨鍍鉻、等離子噴涂、高能束表面熔融和堆焊等工藝技術(shù)。該發(fā)明的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益之巨大當(dāng)下還難以估量。

研究院實(shí)施以技術(shù)服務(wù)、技術(shù)入股、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)推廣為內(nèi)涵的“技術(shù)經(jīng)營(yíng)”策略，與企業(yè)結(jié)成推廣金剛石超級(jí)納米鋼的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合， 繼續(xù)深入展開鋼鐵基納米復(fù)合材料的熱擴(kuò)散和熔煉工藝、先進(jìn)機(jī)械裝備、先進(jìn)機(jī)械基礎(chǔ)部件的研發(fā)和中試，最終將建成中國(guó)金剛石超級(jí)納米產(chǎn)業(yè)化示范基地。由研究院與鋼鐵企業(yè)、機(jī)械制造企業(yè)共同創(chuàng)立的國(guó)家級(jí)示范基地將建成年產(chǎn)值超1000億元的金剛石超級(jí)納米鋼高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群。

中國(guó)高校（華南）科技成果轉(zhuǎn)化中心技術(shù)納米復(fù)合材料研究院首席科學(xué)家、院長(zhǎng)，惠州碳之光材料科技有限公司董事長(zhǎng)、工學(xué)博士、教授；國(guó)家優(yōu)秀留學(xué)歸國(guó)人員（加拿大The University of western Ontario 、德國(guó)Technische Universitat Darmstadt)；原沈陽理工大學(xué)校長(zhǎng)、兵器工業(yè)部科技委委員、兵器工業(yè)摩擦與潤(rùn)滑技術(shù)中心主任、遼寧省高速切削工程技術(shù)中心主任、遼寧兵工學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。

機(jī)械工程領(lǐng)域：從事高速切削和CNC車銑技術(shù)和裝備研究，承擔(dān)、完成過國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科委、總裝、兵器工業(yè)部下達(dá)的涉及兵器、航天、航海武器裝備研發(fā)制造領(lǐng)域內(nèi)的重大攻關(guān)項(xiàng)目；專著“車銑原理”奠定了車銑運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)理論。材料科學(xué)與工程領(lǐng)域：從事磨損動(dòng)態(tài)直接觀測(cè)研究，所發(fā)現(xiàn)的磨粒生成長(zhǎng)大四階段被（國(guó)際材料學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)主任K.Ludema教授）評(píng)價(jià)為：半個(gè)世紀(jì)以來摩擦學(xué)理論研究最重要成果之一。在金屬?gòu)?fù)合材料研究中，首次發(fā)現(xiàn)納米粒子向鋼鐵機(jī)體內(nèi)的高強(qiáng)度熱擴(kuò)散，為金剛石顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料重大原創(chuàng)性技術(shù)發(fā)明的核心發(fā)明人之一、科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。