青島日報社/觀海新聞6月10日訊 超硬磨具被譽為先進制造領域不可或缺的“工業牙齒”。航空航天、國防軍工以及光伏與電子信息等領域里的各種高難材料加工難題，在它面前都能迎刃而解。然而，這一領域高端市場一直被進口產品壟斷，有些關鍵產品還對我國禁售禁運。國內超硬磨具技術雖然一直在發展之中，但仍存在著在線修整困難，傳統產品結合劑對磨料只能產生物理包埋作用、把持力不足的難題。而在青島高新區，一家成立于2016年的年輕企業——磐維科技（青島）有限公司通過自主研發，顛覆傳統熱壓燒結工藝，走出了結合劑技術的一條創新之路，新一代金屬基多孔超硬磨具應運而生，實現了這一領域的順利突破。近日，觀海新聞記者走進磐維科技，聽該公司總經理李培亮講述他們的突圍故事。
三年研發攻克技術難關
“你看我們手機外殼的邊緣為什么這么光滑？這個弧度為什么會這么平滑？這都是用銑刀銑出來的，我們最先進入的就是硬質合金銑刀鉆頭加工行業。”采訪伊始，在記者問到超硬磨具的作用時，李培亮先用手機做案例進行了簡單說明。“基礎加工制造業大體分為車、銑、磨三類，固結磨具不但承擔了磨削領域的工作，同時支撐了車和銑兩個行業基礎工具車刀和銑刀的生產加工，在制造業的重要性不言而喻。”他告訴記者，超硬磨具被譽為先進制造領域不可或缺的“工業牙齒”，是現代制造業實現精密加工、超精密加工最有效、應用最廣的制造技術。
超硬磨具，簡單來講就是將金剛石和立方氮化硼兩種超硬磨料固結成型，制造成各種磨削工具。超硬磨具壽命是普磨磨具的300倍以上，工作效率是其6到8倍，優勢突出。但因其難以在線修整，所以一直無法實現全部替代。
三年多時間，幾千次實驗，磐維科技成功研發出一種全新的合金體系，對金剛石和CBN兩種超硬磨料都有非常優秀的浸潤性，因為是超硬磨料和結合劑之間的化學金冶金結合，顛覆了傳統工藝中結合劑對磨料的物理包埋，所以被稱為新一代金屬基多孔超硬磨具，徹底彌補了傳統超硬磨具無孔隙和無法在線修整的缺點。
李培亮告訴記者，超硬磨具的磨料、結合劑和孔隙率是固結磨具的三要素，決定其磨削性能的關鍵。“對于超硬磨具來說，磨料就是金剛石和CBN兩種超硬材料，結合劑和孔隙正是目前傳統超硬磨具面臨的難題。”據李培亮介紹，傳統磨具主要是樹脂、陶瓷、金屬等作為結合劑，全部都是通過物理方式將磨料包埋在結合劑中。但在加工過程中，結合劑對磨料的把持是有限的，不僅容易造成產品受損，更影響磨具壽命，同時傳統超硬產品無孔隙，易堵塞，冷卻差，最重要的是無法在線修整，難以滿足復雜形狀的成型磨削。
磐維科技所攻克的正是傳統超硬磨具技術“硬傷”。他們研發的新一代金屬基多孔超硬磨具，使超硬材料和結合劑金屬成份產生化學冶金反應，形成合金過渡層，不但能大幅提高磨料把持度，使之壽命延長、不易脫落，并能在燒結過程中產生40%的孔隙率。這使磨具具備了重要的四個優勢特點，一是在磨削過程中，孔隙賦予了產品超強的容屑能力，不易發生堵塞；二是冷卻液可以全部浸注在孔隙中，賦予產品超強的冷卻效果，不易燒傷工件；三是有賦予了產品超強的自銳性，避免出現傳統磨具鈍化的問題。“第四個優勢是具有里程碑意義的突破，可滿足各種在線修整方式，實現高效成型磨削，完全替代普磨磨具。”李培亮告訴記者，這一關鍵技術不僅獲得兩項發明專利，擁有完全自主知識產權，更是完全顛覆了傳統的生產工藝，填補了國內高端磨具行業的一大空白。
打破國際壟斷，實現國產替代
李培亮告訴記者，新一代金屬基多孔超硬磨具多氣孔蜂窩狀的結構，匹配磨粒與金屬基體冶金結合帶來的超強把持力，產品具有獨一無二的容屑能力和冷卻效果，以及超出想象的鋒利度和自銳性，可廣泛應用于各種硬脆和粘附性強的難加工材料磨削，包括航空發動機鈦合金和高溫合金等關鍵零部件的磨削、硬質合金刀具和絲錐行業、金屬陶瓷刀具行業、高速鋼工具系列、汽車凸輪軸曲軸、精密軸承和齒輪以及藍寶石襯底和單晶硅等廣泛磨削加工行業，“其在線修整能力尤其適合傳統超硬磨具難以應用的各種成型磨削。”
其中，硬質合金銑刀和車刀是制造業基礎工具，應用廣泛，產量巨大，但恰恰在硬質合金銑刀、鉆頭加工的強力開槽砂輪幾乎以進口品牌為主。而磐維科技的該系列產品不但可完全替代進口，在性能上還有大幅超越。如磐維強力開槽系列產品以其優異效果、超高辨識度和良好的性價比在硬質合金刀具行業已經建立了廣泛的知名度，正在替代進口產品市場份額，改變了行業內“國產強力開槽砂輪沒有好產品”的認知，幾家進口產品代理商已逐步轉向代理磐維產品。
高速鋼刃具往往由于對砂輪需要在線修整成型的要求，無法采用高效的CBN超硬磨具，而是普遍采用附加值較低、易耗的低端剛玉類磨具。李培亮告訴記者，他們上海一客戶企業此前使用剛玉類磨具加工大尺寸高速鋼鉆頭，每加工一支就需要修整一次，嚴重影響生產效率，而使用磐維CBN產品后，每加工300支修整一次，磨床功率大大降低，冷卻液更換周期大幅延長，產品質量得到提升的同時還降低了一線工人勞動強度。據客戶評估，在磐維產品價格超過傳統產品價格十余倍的情況下，整體生產成本仍降低45%。
半導體晶圓行業的發展同樣離不開超硬磨具的助力。其精密磨削加工必須保證晶圓的光潔度和平行度，同時整個晶圓不得有任何細微的裂紋，這就對所使用的金剛石磨具提出了很高的要求。目前，該領域高端金屬結合劑產品市場主要被外國產品占據。磐維科技正利用自身結合劑優勢，與青島、深圳幾家公司合作研發用于藍寶石芯片減薄拋光的金剛石磨盤。目前部分技術指標已經達到與進口產品相當的水平，后續研發仍在進行中，最終將突破半導體硅晶圓的磨削加工。
加大推廣力度，助力國家精密制造
雖然在技術上取得突圍，但要獲得市場認同，并不容易。“畢竟高端市場一直以來都被國外壟斷，我們作為一家年輕的創業公司，還有很長的路要走。”李培亮告訴記者，就算他們的產品可以替代進口產品，且價格優勢明顯；就算他們的技術獲得多項專利，還獲評2021年度全國顛覆性技術創新大賽優勝項目，“但很多用戶還是連測試的機會都不給我們。”不過，李培亮并沒有灰心，而是不斷去溝通、去爭取測試機會。在一次次測試中，相對進口產品的優勢被充分驗證。如此前和歐洲一款進口強開產品的對比中，對方加工一支直徑20毫米成型銑刀產品需要45分鐘，磐維的強開產品只用了30分鐘；還有一次，用戶采用進口winter強開產品加工51支12毫米直徑銑刀產品就需停機修整，而磐維強開產品可以加工了1500多支不停機，工人都沒上過手……正是通過一次次產品測試的對比，展現出國產品牌的無限可能性，讓更多用戶了解到了磐維產品，市場在逐步打開、擴大。
在李培亮看來，產品的研發和銷售都非常重要，他們也一直在這兩個方向發力，“為了達到國際先進水平，不僅需要核心關鍵技術的突破，還需要不斷持續創新。”為此，磐維科技與中科院金屬所、東北大學、北京理工大學重慶創新中心、湖南大學國家高效磨削工程技術研究中心等相關領域的科研國家隊建立了緊密的產學研用一體化聯系。接下來，在不斷壯大研發團隊的同時，他們還將加大銷售團隊的建設，“擴大資源累積，讓國產超硬磨具真正廣泛地應用于先進制造業。”
李培亮告訴記者，磐維，取自《舊五代史·唐書》，意為身負重任，拱衛國家。“接下來，我們會繼續發揚工匠精神，不忘助力國家精密制造業的初心，為國家貢獻自己的一份力量。”（青島日報/觀海新聞記者 周偉 通訊員 肖玲玲）
責任編輯：劉錕鋒
