金剛石通常被稱為鉆石，它是一種由純碳組成的礦物，也是自然界中最堅(jiān)硬的東西。18世紀(jì)末，人們發(fā)現(xiàn)高貴的金剛石實(shí)際上是碳的同素異形體。從那時(shí)起，制備人造金剛石已經(jīng)成為許多科學(xué)家的榮耀和夢(mèng)想。

一個(gè)世紀(jì)后，發(fā)現(xiàn)了另一種單質(zhì)形式的石墨 - 碳，人們?cè)噲D模擬自然過程，使石墨在超高溫高壓環(huán)境下變成金剛石。

人造金剛石也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和工藝行業(yè)。

制造過程難度大

切片刀中的金剛石微粉是當(dāng)今世界上硬度最高的磨料。它通過粉碎大顆粒金剛石獲得不同尺寸和晶型的金剛石微粉。

刀片中的金剛石微粉具有硬度高、耐磨性好、韌性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

金剛石微粉的顆粒尺寸可分為微米、亞微米和納米。與粗顆粒相比，其表面官能團(tuán)更大，因此在生產(chǎn)過程中，顆粒之間的力大大增加。此外，隨著粒度的細(xì)化，顆粒本身的缺陷減少，強(qiáng)度必然會(huì)增加。

由此可見，金剛石微粉的生產(chǎn)過程相當(dāng)困難，不僅是顆粒細(xì)化的過程，還伴隨著晶體結(jié)構(gòu)和表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化。

因此，金剛石微粉的生產(chǎn)過程是一個(gè)涉及機(jī)械、粉末工程、機(jī)械、物理化學(xué)、現(xiàn)代儀器和測(cè)試技術(shù)的工程技術(shù)問題。

微粉的制造

隨著尖端技術(shù)和高端制造業(yè)的發(fā)展，許多精密設(shè)備的表面清潔度要求很高，如計(jì)算機(jī)磁盤、磁頭、光通信設(shè)備、光學(xué)晶體、半導(dǎo)體基板等設(shè)備，需要精密拋光加工，如果表面有任何凹凸、劃痕或附著異物，設(shè)計(jì)的精度和性能不能保證。

金剛石微粉是由粗顆粒單晶金剛石破碎分級(jí)而成。

破碎方法

一般來說，將適度粗粒的材料破碎到微米或亞微米粒度有兩種基本方法，即機(jī)械沖擊和氣流破碎。

滾筒球磨機(jī)是一種以機(jī)械壓碎為主，具有適當(dāng)?shù)退贈(zèng)_擊的破碎設(shè)備。就方法而言，用球磨機(jī)破碎金剛石生產(chǎn)金剛石微粉是最常用的方法。球磨破碎法在我國(guó)金剛石微粉生產(chǎn)中使用多年，取得了令人滿意的效果。

但由于生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，已被氣流破碎機(jī)取代，氣流破碎機(jī)以壓縮空氣為工作介質(zhì)，壓縮空氣通過特殊的超音速噴嘴高速噴射到破碎室，氣流攜帶材料高速運(yùn)動(dòng)，使材料與材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞、摩擦和剪切，達(dá)到破碎的目的。

根據(jù)動(dòng)能公式可知，動(dòng)能的大小與質(zhì)量及速度的平方成正比。當(dāng)作用在顆粒上的力大于它的破壞應(yīng)力時(shí)就產(chǎn)生破碎。高速?zèng)_擊碰撞使顆粒產(chǎn)生體積破碎，而剪切和研磨作用則使顆粒產(chǎn)生表面破碎。這種破碎方式對(duì)金剛石微粉的生產(chǎn)是很有利的，因?yàn)榭梢陨a(chǎn)出比較理想的顆粒形狀。氣流粉碎機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是不受機(jī)械線速度的限制，能夠產(chǎn)生很高的氣流速度，特別是超音速氣流粉碎機(jī)能產(chǎn)生數(shù)倍于音速的流速，因而能產(chǎn)生巨大的動(dòng)能，比較容易獲得微米級(jí)和亞微米級(jí)的超細(xì)粉體。從粉碎原理上說，這種機(jī)型用于金剛石微粉的生產(chǎn)是較有發(fā)展前景的。

氣流粉碎機(jī)

分級(jí)方法

粒度分類是金剛石微粉生產(chǎn)過程中一個(gè)非常重要的過程。它涉及到金剛石微粉的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。目前，我國(guó)最廣泛使用的金剛石微粉粒度分類法是自然沉降法與離心法相結(jié)合的工藝生產(chǎn)微粉。

顆粒圖像分析儀

自然沉降法是一種直接應(yīng)用斯托克斯定律的分選方法。根據(jù)粒徑不同的原理，通過控制沉降高度和沉降時(shí)間來分級(jí)粒度。雖然設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，質(zhì)量穩(wěn)定，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，勞動(dòng)效率低。

離心法本質(zhì)上是一種沉降法。它將沉降槽放置在高速旋轉(zhuǎn)的圓盤中，以加快顆粒的沉降速度，從而大大縮短測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量精度，使超細(xì)顆粒的檢測(cè)成為可能。離心粒度分析儀目前的速度超過2000轉(zhuǎn)/分鐘，下限為納米。

15nm金剛石微粉離心粒度分析儀的檢測(cè)結(jié)果

微粉類型

單晶金剛石 國(guó)內(nèi)金剛石微粉多為Ｉ由于型材的單晶金剛石是原料，Ｉ型材的固有特性：雜質(zhì)含量高，強(qiáng)度低，不能滿足高端市場(chǎng)對(duì)金剛石微粉的產(chǎn)品要求。

國(guó)內(nèi)少數(shù)金剛石微粉廠家采用Ⅱ型或Ⅲ根據(jù)市場(chǎng)反饋，該微粉的加工效率遠(yuǎn)大于普通金剛石微粉，耐磨性提高30%以上。

目前，劃片刀產(chǎn)品采用Ⅱ型或Ⅲ型磨料，具有更高的切割鋒利性。

多晶金剛石多晶金剛石微粉具有脆性，顆粒形狀不規(guī)則，表面粗糙不均勻，當(dāng)顆粒承受應(yīng)力時(shí)，脆性導(dǎo)致顆粒破裂，產(chǎn)生新的尖銳切割點(diǎn)，自銳度較好。

這種金剛石微粉用于制造樹脂粘結(jié)劑砂輪，具有柔軟的精磨拋光效果。

★ 結(jié)語 ★

毫無疑問，金剛石微粉是使產(chǎn)品向高、精、尖發(fā)展的必備磨料，其應(yīng)用前景十分廣闊，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

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