在安徽合肥科學(xué)島上,，佇立著一個高11米,、直徑8米的“巨罐”,，這是中國有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,。

“點(diǎn)燃”這個“太陽”,，讓它內(nèi)部溫度達(dá)到上億攝氏度,，需要注入數(shù)十兆瓦的微波能量,，而傳輸這種能量,，離不開一種微波窗口材料——直徑4英寸,、厚度接近2毫米的金剛石,。

這種金剛石，產(chǎn)自河北,。

中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）,。新華社記者 陳諾 攝

近日,，走進(jìn)位于京津冀國家技術(shù)創(chuàng)新中心河北中心創(chuàng)新園的河北普萊斯曼金剛石科技有限公司，生產(chǎn)車間里,，一臺臺MPCVD（微波等離子體化學(xué)氣相沉積）人造金剛石機(jī)器正安靜運(yùn)行,，記者透過設(shè)備觀測窗，看到一團(tuán)耀眼的亮光,。

“這團(tuán)光就是等離子體,，內(nèi)部溫度超3000℃，它可以將氣體原料中的碳原子分離出來,，讓它們像雪花一樣一層一層地飄落在襯底上,，‘生長’出金剛石。”河北普萊斯曼金剛石科技有限公司董事長孫振路說,。

拿下這項(xiàng)核心技術(shù),，普萊斯曼用了十余年時間。

“大尺寸高品質(zhì)金剛石在新一代半導(dǎo)體,、量子計算等高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊,，是爭奪未來高科技領(lǐng)域戰(zhàn)略制高點(diǎn)的關(guān)鍵材料。”孫振路告訴記者,，915兆赫MPCVD技術(shù),，微波功率高、沉積面積大,，是制備大尺寸高品質(zhì)金剛石的關(guān)鍵技術(shù),，但長久以來，該技術(shù)被國外壟斷,，產(chǎn)品對我國限制銷售,，并且價格不菲，作為微波窗口材料的高品質(zhì)金剛石,，一片就要上百萬元,。

“設(shè)備依賴國外，發(fā)展就會受制于人,。”2012年,，孫振路和團(tuán)隊下定決心，自己研發(fā),！

不少人質(zhì)疑：你一個地方小企業(yè),，能搞出什么名堂？

孫振路的底氣來自于多年的研究積累,。普萊斯曼公司成立于2009年,，是由河北省激光研究所有限公司（原河北省科學(xué)院激光研究所）等投資成立的專業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石的科技型創(chuàng)新企業(yè)。公司成立伊始，便開始研發(fā)MPCVD技術(shù),。2012年,，該公司就掌握了2英寸金剛石的生產(chǎn)技術(shù)。

相比2英寸,，生產(chǎn)大尺寸高品質(zhì)金剛石,，需要更大的等離子體尺寸、更高的能量密度和更好的穩(wěn)定性,，國內(nèi)沒有生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可循,，只能摸著石頭過河。

第一關(guān),，是如何讓金剛石均勻沉積,。

“‘生長’金剛石的氣源主要有甲烷、氫氣等,，在微波作用下,，反應(yīng)腔中會產(chǎn)生等離子體，激發(fā)氣體分子的化學(xué)鍵,，使其解離,、反應(yīng)和重組，最終在襯底表面沉積,。”項(xiàng)目研發(fā)負(fù)責(zé)人李義鋒介紹,。

原理不復(fù)雜，工藝卻十分繁復(fù),。

李義鋒將等離子體比喻成一個火苗。“拿火苗去燒一塊板子,，火苗固定的情況下,，板子上的一個點(diǎn)會因?yàn)槭軣岫嘁恍兊脻L燙,，其他地方則溫度偏低,。”李義鋒說，等離子體也是如此,，在反應(yīng)腔中,，溫度高的地方，沉積速率更高,，最終,，沉積厚度不均會導(dǎo)致金剛石表面開裂、爆膜,。

如何確保溫度的均勻性,？

研發(fā)團(tuán)隊一邊設(shè)計、一邊試驗(yàn)，熬了無數(shù)通宵,，卻屢試屢敗,。“大家都知道，要調(diào)整電磁場的分布,，控制等離子體,，但究竟如何調(diào)整、怎么控制,，卻沒人能說出來,。”李義鋒回憶。

突然有一天,，正在做試驗(yàn)的李義鋒靈光一閃：要不,，咱們改一改反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)？

大家覺得可以一試,。測評對比,、計算驗(yàn)證、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)……一番論證后,，解決方案終于確定下來,。研發(fā)團(tuán)隊改進(jìn)了設(shè)備結(jié)構(gòu)，同時,，優(yōu)化氣流運(yùn)行工藝,，使金剛石沉積的均勻性大大提高。

設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,，也是一塊難啃的“硬骨頭”,。

“大尺寸高品質(zhì)金剛石每小時只能‘生長’幾微米，而我們的目標(biāo)是厚度至少達(dá)到2毫米,，也就是說,，設(shè)備單次穩(wěn)定運(yùn)行時間需要數(shù)百甚至上千小時。”李義鋒說,，最開始,，設(shè)備頻繁故障，根本無法長時間工作,。

“病因”在哪兒,？

一片金剛石的“生長”，有幾十道工序,，每一步都涉及眾多參數(shù),，任何一個參數(shù)不適配，都有可能影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,。大家一個個查找,，一項(xiàng)項(xiàng)改進(jìn),，歷經(jīng)數(shù)百次失敗，2016年,，團(tuán)隊終于穩(wěn)定制備出直徑5英寸,、厚度超過2毫米的大尺寸金剛石。

普萊斯曼公司將產(chǎn)品免費(fèi)發(fā)給客戶試用,，不料,，新產(chǎn)品雖然滿足了尺寸和精度要求，但能量損耗高,，性能指標(biāo)還需要改進(jìn)提升,。

大家重新鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)優(yōu)化沉積工藝,，2017年,，新一代金剛石沉積設(shè)備誕生，生產(chǎn)的產(chǎn)品一次性通過檢測,。

中國工程院院士,、中國“人造太陽”項(xiàng)目首席科學(xué)家李建剛對該項(xiàng)目成果給予高度評價：普萊斯曼自主研發(fā)的915兆赫/75千瓦M(jìn)PCVD設(shè)備在國內(nèi)率先合成聚變堆用兆瓦級微波窗口，窗口性能指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平,，可替代國外金剛石窗口應(yīng)用于我國聚變工程研究,。

性能優(yōu)異，價格又遠(yuǎn)低于國外產(chǎn)品,，普萊斯曼的金剛石不僅在“人造太陽”上大顯身手,，還收獲了國內(nèi)外多家科研院所的訂單，廣泛應(yīng)用在重點(diǎn)項(xiàng)目和重大工程上,。

“原來的生產(chǎn)設(shè)備體積大,、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本很高,、維護(hù)困難,。”李義鋒說，近些年,，團(tuán)隊不斷優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能，使之更適合于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求,。

去年年底,，公司新增兩臺經(jīng)過小型化設(shè)計的機(jī)器，單次穩(wěn)定運(yùn)行時間超1500小時,，可沉積直徑達(dá)6—8英寸,。

普萊斯曼還想讓這片金剛石更完美。

在公司實(shí)驗(yàn)室的一張桌子上,，記者看到許多金剛石試驗(yàn)品,，有的光潔透亮，有的含有雜質(zhì)。“雜質(zhì)會影響金剛石的透光性和熱導(dǎo)率,，在一些高精尖技術(shù)領(lǐng)域無法應(yīng)用,。”孫振路對記者說，他們現(xiàn)在正抓緊調(diào)整工藝參數(shù),，提高生產(chǎn)無雜質(zhì)金剛石的成功率,，“相信這片高品質(zhì)國產(chǎn)金剛石，未來能闖出更廣闊的市場,。”（河北日報記者 王璐丹 劉榮榮）