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金剛石微粉的生產及應用淺析

時間:2019-09-10瀏覽次數:916
金剛石微粉是指顆粒度細于60微米的金剛石顆粒,有單晶金剛石微粉和多晶金剛石微粉兩種類型。

金剛石微粉是指顆粒度細于60微米的金剛石顆粒,有單晶金剛石微粉和多晶金剛石微粉兩種類型。

  1.單晶金剛石微粉是由人造金剛石單晶磨粒,經過粉碎、整形處理,采用特殊的工藝方法生產。

  2.多晶金剛石微粉是利用獨特的定向爆破法由石墨制得,高爆速炸藥定向爆破的沖擊波使金屬飛片加速飛行,撞擊石墨片從而導致石墨轉化為多晶金剛石。

  金剛石微粉硬度高、耐磨性好,可廣泛用于切削、磨削、鉆探等。是研磨拋光硬質合金、陶瓷、寶石、光學玻璃等高硬度材料的理想原料。金剛石微粉制品是利用金剛石微粉加工制成的工具和構件。

  金剛石微粉就其粒度而言它屬于微米、亞微米及納米粉體。與粗粒粉體相比,其比表面積和比表面官能團明顯增大,因而在生產過程中,顆粒相互之間的作用力大為增加。另外,隨著粒度的細化,顆粒本身的缺陷減少,強度必然增大。由此可見,金剛石微粉的生產過程存在相當大的難度,它不僅僅是顆粒細化的過程,同時還伴隨著晶體結構和表面物理化學性質等變化。所以說金剛石微粉的生產工藝是一個涉及機械、粉體工程、力學、物理化學、現代儀器與測試技術等多學科的工程技術問題。

金剛石微粉生產設備

  金剛石微粉是由粗顆粒單晶金剛石經過破碎、分級而得。用球磨機對金剛石破碎加工來生產金剛石微粉是最常用的方法,球磨破碎法在我國金剛石微粉生產中已使用了許多年,曾經取得了較為滿意的效果。但由于存在生產效率低的缺點,目前已被氣流粉碎機所取代,氣流粉碎機是以壓縮空氣為工作介質,壓縮空氣通過特殊的超音速噴嘴向粉碎室高速噴射,該氣流攜帶物料高速運動,使物料與物料之間產生強烈碰撞、磨擦與剪切從而達到粉碎的目的。氣流粉碎機最大的優點是不受機械線速度的限制,能夠產生很高的氣流速度,特別是超音速氣流粉碎機能產生數倍于音速的流速,因而能產生巨大的動能,比較容易獲得微米級和亞微米級的超細粉體。從粉碎原理上說,這種機型用于金剛石微粉的生產是較有發展前景的。

金剛石粉體的力度分級工藝

  粒度分級是金剛石微粉生產工藝中很重要的一道工序。它涉及金剛石微粉的生產效率和質量,目前國內最為廣泛使用的一種金剛石微粉粒度分級法是自然沉降法和離心法相結合的工藝生產微粉。

  自然沉降法是一種直接應用斯托克斯定律的分選方法,根據同一比重的顆粒因粒徑不同在水中沉降速度亦不同的原理,通過控制其沉降高度和沉降時間來分級粒度,雖然設備簡單、操作容易、質量穩定,但生產周期較長、勞動效率低下。為此,國內外不少廠家研究出自動化的分級設備,采用計算機技術和變頻控制技術,設置有自動攪拌、自動抽料、自動水循環和計算機控制四大系統,全數字化設計,控制精確,節能省電,具有人工無法比擬的高效率、高可靠性和良好的操控性。比人工分選效率可提高10~20倍,具有自動化程度高、分選速度快、分選精度準、無雜質污染、無人為因素干擾、產品品質穩定性強、重現性好、工人勞動強度小、企業勞動力成本低、一次性投料量大的十大顯著優點。符合了微粉產業未來發展的方向。

幾種類型金剛石微粉用途簡介


  傳統金剛石微粉可分為兩大類,多晶金剛石微粉和單晶金剛石微粉。隨著納米技術的快速發展,在原有的兩大類金剛石微粉中又獨立出了一個新類型:納米金剛石微粉。它們各自的主要用途請參考下文。

  1.多晶金剛石微粉

  多晶金剛石是在爆炸形成的瞬態強沖擊波作用下合成的。它是以納米晶構成的微米和亞微米級聚晶,聚晶由于各向同性,無解理面,抗沖擊,抗彎強度高,因此它既具有超硬材料的硬度,同時又兼有納米材料超常的高強度和高韌性。其雙重優點構成了其獨一無二的物理性能,在高新技術產業和傳統支柱產業中有重要的應用。

  用途:主要運用于芯片光學晶體\超精細加工、大型硅片超精拋光、表面改性等領域,球狀聚晶金剛石微粉外觀灰黑色,略呈金屬光澤。

  2.單晶金剛石微粉

  單晶金剛石微粉晶體形狀為規則、完整的六-八面體,有很高的強度、韌性和很好的熱穩定性,抗沖擊能力強。主要用途有:適用于電鍍制品、砂輪、磨輪的制造,用于高檔石材的拋光、雕刻、汽車玻璃、高檔家具、陶瓷、硬質合金、磁性材料的加工等。

  3.納米金剛石微粉

  納米金剛石微粉不但具有金剛石的固有特性,而且具有小尺寸效應、大比表面積效應、量子尺寸效應等,因而展現出納米材料的特性。在爆轟波中合成的這種金剛石具有立方組織結構,晶格常數為(0.3562+0.0003)nm,晶體密度為3.1g/cm3,比表面積為300m2/g~390m2/g。在不同的化學處理后,金剛石表面可形成多種不同的官能團,這種金剛石晶體具有很高的吸附能力。

納米級金剛石其它用途:

  A、配制高級研磨膏和拋光液,用于超精細加工石英、光學玻璃、半導體、合金和金屬表面。

  B、配制催化劑:納米級金剛石和無定形碳,有很大的比表面積,含有各式各樣的表面官能團,活性很強,用其配制催化劑,可提高活性數據促進有機化合物的相互作用。

  C、制備納米復合結構材料:把納米級金剛石與納米硅粉、納米陶瓷和各種納米金屬復合,可制造出新型的納米結構材料,因其獨特的性能,可制造半導體器件,集成電路元件和微機零件。

  隨著金剛石工具制造業的日益成熟以及中國經濟的快速增長,我國在金剛石微粉的市場需求也在高速增長。工具制造技術的進步,也對上游的金剛石微粉行業提出了更高的要求。由于不同結晶狀態不同粒型的金剛石微粉各具有其本身的特點,國內少數廠家已經能夠根據金剛石微粉用途不同生產不同類型的金剛石微粉。例如:刀具片(PCD)、樹脂結合劑磨具、金屬結合劑制品、研磨膏專用金剛石微粉等等。這是我國金剛石微粉行業升級調整產品結構,向高端專用化發展,追趕世界先進水平的重要步驟。

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